高精度時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換（TDC）測(cè)量系統(tǒng)主要作用是將一個(gè)或多個(gè)物理事件的發(fā)生時(shí)刻或發(fā)生時(shí)刻之間的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。并被廣泛應(yīng)用于高能物理實(shí)驗(yàn)、全球定位系統(tǒng)、激光測(cè)距、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域,所以TDC測(cè)量系統(tǒng)在各研究領(lǐng)域起著非常重要的作用。TDC測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式有很多,本設(shè)計(jì)所采用的方法是基于Xilinx Artix-7 FPGA對(duì)TDC測(cè)量系統(tǒng)中粗測(cè)量部分、延遲鏈、校準(zhǔn)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),并結(jié)合細(xì)測(cè)量完成本課題的研究。在保證較大的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍的前提下,實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量誤差的校準(zhǔn)。本文的主要工作如下:（1）對(duì)TDC測(cè)量系統(tǒng)在各個(gè)研究領(lǐng)域的應(yīng)用背景和發(fā)展前景進(jìn)行調(diào)研并分析總結(jié)。本課題進(jìn)行過(guò)程中考慮到實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目組中有關(guān)于單光子探測(cè)器的科研項(xiàng)目對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量精度要求很高,所以本設(shè)計(jì)的研究重要著眼于提高如何提高TDC測(cè)量系統(tǒng)的精度。（2）考慮到未來(lái)本設(shè)計(jì)中的TDC測(cè)量系統(tǒng)的集成環(huán)境,采用了便于集成的抽頭延遲線結(jié)合時(shí)間內(nèi)插技術(shù)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方式。（3）為了優(yōu)化測(cè)量系統(tǒng)架構(gòu)和方便未來(lái)工作中對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn),本設(shè)計(jì)采用粗測(cè)量和細(xì)測(cè)量相結(jié)合的測(cè)量方式。并使用Vivado對(duì)系統(tǒng)中重要的模塊進(jìn)行仿真。利用Xilinx ... 

【文章來(lái)源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

隨機(jī)數(shù)發(fā)生模塊RTL視圖

Avg=72.5%(b)圖 5.7 (a)校準(zhǔn)前后位寬誤差對(duì)比,(b)校準(zhǔn)后誤差減少百分比5.3 單組脈沖信號(hào)測(cè)量5.3.1 粗時(shí)間測(cè)量如圖 5.8 所示是粗時(shí)間測(cè)量部分的仿真結(jié)果，單組脈沖信號(hào)的待測(cè)時(shí)間間隔為ΔT 837751ps。粗測(cè)量部分所示采用的計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率為 240MHz，所以計(jì)數(shù)時(shí)鐘的周期TC=4167ps。所以根據(jù)圖 5.8 可以得到粗時(shí)間測(cè)量部分的測(cè)量結(jié)果為： = × 0 5 = 402 × 0 5 × 4167 = 837567 (5.5

δcoarse= = 184 (5.6)5.3.2 細(xì)時(shí)間測(cè)量根據(jù)延遲鏈中單元數(shù)為 70 可以得到理想情況下延遲單元的平均延遲時(shí)間為τ=59ps。將signal_start 信號(hào)和 signal_stop 信號(hào)送入延遲鏈中，當(dāng) signal_start 信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)，fine_count1 開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘上升沿或下降沿到來(lái)時(shí)，fine_count1 停止計(jì)數(shù)并將計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行鎖存；當(dāng) signal_stop 信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)，fine_count2 開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘上升沿或者下降沿到來(lái)時(shí)，fine_count2 停止計(jì)數(shù)并將計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行鎖存。仿真結(jié)果如圖 5.9。signal_start 和 signal_stop 兩部分的仿真細(xì)節(jié)如圖 5.10 和圖 5.11。根據(jù)圖 5.10 中仿真結(jié)果的信息可以知道，在第一階段的細(xì)時(shí)間測(cè)量中，小于半個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間間隔在延遲鏈中傳輸?shù)奈恢眯畔?6。從而得到第一部分的測(cè)量結(jié)果如式（5.7）。 1= 8 × 59 = 472 (5.7)第二階段的細(xì)時(shí)間測(cè)量中，小于半個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間間隔在延遲鏈中傳輸?shù)奈恢眯畔?。從而得到第二階段的測(cè)量結(jié)果如式（5.8）。 2= 6 × 59 = 354 (5.8)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3574817