基于TDC的L_(CR)波切向应力检测方法的研究

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作者 戴仙金 丁杰雄 李凌轩 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期144-147,共4页

基于固体中声速与应力的关系以及临界折射纵波(critically refracted longitudinal wave,LCR)的产生机理,提出一种利用LCR波从表面检测物体内部切向应力的实施方法,并对测量系统的硬件结构和工作原理进行详细阐述。针对应力改变导致的LC... 基于固体中声速与应力的关系以及临界折射纵波(critically refracted longitudinal wave,LCR)的产生机理,提出一种利用LCR波从表面检测物体内部切向应力的实施方法,并对测量系统的硬件结构和工作原理进行详细阐述。针对应力改变导致的LCR波传播时间的微量变化,系统采用基于逻辑门绝对传输时间原理工作的"时间—数字转换器"(time to digi-tal converter,TDC)来满足高精度的时间间隔测量要求。在测量过程中采用"单端发射—双端接收"的布局模式进一步降低测量误差,以提高应力检测的精度。 展开更多

关键词 LCR波 切向应力 时间间隔测量 时间-数字转换器(tdc)

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FPGA进位链实现TDC的若干关键技术问题 被引量：7

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作者 刘音华 刘正阳 +1 位作者 刘琼瑶 李孝辉 《电子测量技术》 2018年第14期122-127,共6页

FPGA实现高精度时间数字转换器（TDC）的关键点是底层硬件资源中具有数量大、延时小且稳定的延迟单元。FPGA中的加法进位链因其特殊的结构满足实现TDC的基本要求,但也存在一些关键技术问题需要解决,主要包括连续进位链的实现和固化、进... FPGA实现高精度时间数字转换器（TDC）的关键点是底层硬件资源中具有数量大、延时小且稳定的延迟单元。FPGA中的加法进位链因其特殊的结构满足实现TDC的基本要求,但也存在一些关键技术问题需要解决,主要包括连续进位链的实现和固化、进位链的在线校准、系统偏差校准等。针对上述关键问题,逐一进行研究,提出切实可行的解决方法,在Altera Cyclone IV和Arria V系列FPGA器件上分别进行实测验证。验证结果表明,所提方法在目前Altera的主流器件上具有一定的通用性,能够有效解决进位链实现TDC的上述关键问题,实现了量程为1s的优于83ps测量精度的时间间隔测量系统。 展开更多

关键词 时间数字转换器(tdc) 细测量 FPGA 进位链 校准

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一种FPGA⁃TDC防气泡误差编码器设计

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作者 陆江镕 李文昌 +2 位作者 刘剑 张天一 王彦虎 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第5期471-475,482,共6页

在设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的时间数字转换器(TDC)时,时钟偏斜等因素产生的气泡误差会造成抽头延迟链(TDL)中的延迟单元失效,导致TDC的分辨率变差。提出了一种防气泡误差编码器,通过统计抽头延迟链中发生变化的抽头个数,该编码... 在设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的时间数字转换器(TDC)时,时钟偏斜等因素产生的气泡误差会造成抽头延迟链(TDL)中的延迟单元失效,导致TDC的分辨率变差。提出了一种防气泡误差编码器,通过统计抽头延迟链中发生变化的抽头个数,该编码器使抽头延迟链跳变顺序按照时间顺序映射,从而消除气泡误差的影响。利用Xilinx Virtex UltraScale+FPGA对该防气泡误差编码器的有效性进行验证,使用该编码器后,基于双端采样法的抽头延迟链TDC分辨率由3.18 ps提升至1.76 ps。实验结果表明,所提出的防气泡误差编码器能够解决气泡误差导致的延迟单元失效的问题,避免分辨率的损失。 展开更多

关键词 时间数字转换器(tdc) 现场可编程门阵列(FPGA) 气泡误差 编码器 抽头延迟链(TDL)

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基于SMIC 180nm工艺的内插延时链型TDC芯片

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作者 汪炯 马毅超 +2 位作者 蒋俊国 庄建 滕海云 《半导体技术》 北大核心 2023年第12期1108-1114,共7页

在高能同步辐射光源的高分辨谱学线站系统(HEPS-B5)的核共振散射实验中,为满足测试样品对时间数字转换皮秒级的高分辨率时间测量要求,基于SMIC 180 nm工艺设计了一款内插延时链型的四通道时间数字转换器(TDC)芯片。该TDC芯片采用“粗计... 在高能同步辐射光源的高分辨谱学线站系统(HEPS-B5)的核共振散射实验中,为满足测试样品对时间数字转换皮秒级的高分辨率时间测量要求,基于SMIC 180 nm工艺设计了一款内插延时链型的四通道时间数字转换器(TDC)芯片。该TDC芯片采用“粗计数”和“细计数”相结合的链状结构,通过内插延时链法来提高测量分辨率,并结合时钟计数器以实现较大的动态测量范围。为了阻止亚稳态的传递,使用两级反相器作为基本延时单元,另外通过异步先进先出(FIFO)缓冲器实现数据在不同时钟域之间的安全传递。实验测试结果表明,该TDC芯片的时间分辨率可达到56.3 ps,动态测量范围为0~262μs,能够满足核共振散射实验的高精度时间测量要求。 展开更多

关键词 高能同步辐射光源(HEPS) 内插延时链 时间数字转换器(tdc) 高分辨率 180nm工艺

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基于STR的两级差分的高精度低功耗TDC

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作者 汪玉传 梁华国 +1 位作者 鲁迎春 肖远 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期136-146,共11页

随着集成电路工艺的发展和集成度的提高,电路延时显著降低,传统的时间数字转换器(TDC)的研究趋向于兼具高分辨率和高精度的电路设计。近年来,摩尔定律逐渐失效,物联网大背景下轻量化,微型化,低功耗的边缘设备得到了飞速发展,用于片上延... 随着集成电路工艺的发展和集成度的提高,电路延时显著降低,传统的时间数字转换器(TDC)的研究趋向于兼具高分辨率和高精度的电路设计。近年来,摩尔定律逐渐失效,物联网大背景下轻量化,微型化,低功耗的边缘设备得到了飞速发展,用于片上延时测量的微型化TDC的研究重点逐步转向高精度的低功耗设计。基于Xilinx Virtex-6 XC6VLX240T现场可编程门阵列(FPGA)开发平台,提出了一种以游标自定时环(vernier self timing ring,VSTR)代替直接计数法的粗测结构,和两条对称的延迟链组成的细测结构。通过边沿重合检测单元和锁存单元将粗测结构的游标STR与细测的对称延迟链结合,设计结果表明该结构量程可达到491 ns,分辨率为14.8 ps,最高精度为12.9 ps,功耗为0.068 W,说明了提出的两级差分结构具有高精度低功耗的特点。 展开更多

关键词 差分延迟链 游标自定时环(STR) FPGA 边沿检测 时间数字转换器(tdc)

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飞行时间质谱仪数据采集系统设计 被引量：3

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作者 郭静 龙涛 +3 位作者 包泽民 王培智 田地 刘敦一 《分析测试学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1426-1430,共5页

针对飞行时间质谱仪高分辨率、宽质量范围的特点,设计了一种高精度、大量程的数据采集系统。系统对前端信号进行放大、幅度甄别和电平转换,使用专用时间间隔测量芯片TDC-GPX测量脉冲时间间隔,应用现场可编程门阵列(FPGA)进行时序控制,... 针对飞行时间质谱仪高分辨率、宽质量范围的特点,设计了一种高精度、大量程的数据采集系统。系统对前端信号进行放大、幅度甄别和电平转换,使用专用时间间隔测量芯片TDC-GPX测量脉冲时间间隔,应用现场可编程门阵列(FPGA)进行时序控制,通过通用串行总线(USB 2.0)接口与计算机连接,采用时分复用技术实现上位机对采集系统的控制及高速数据传输。测试结果表明,单通道测量精度小于100 ps,测量范围大于500μs,可进行8个通道测量。 展开更多

关键词 飞行时间质谱仪 时间数字转换器(tdc) 数据采集 现场可编程门阵列(FPGA)

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基于TDC的无死区频率测量技术研究 被引量：2

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作者 刘涛 陈国超 +3 位作者 陈法喜 赵侃 董瑞芳 张首刚 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期2518-2525,共8页

在精密时频测控领域中,高分辨率、无死区的时间间隔和频率测量非常关键,而时间数字转换器(Time to Digital Converter,TDC)是时间频率测量的常用手段。该文研制了基于ACAM公司生产的时间数字转换芯片TDC-GP21和Altera公司FPGA芯片EP4CE6... 在精密时频测控领域中,高分辨率、无死区的时间间隔和频率测量非常关键,而时间数字转换器(Time to Digital Converter,TDC)是时间频率测量的常用手段。该文研制了基于ACAM公司生产的时间数字转换芯片TDC-GP21和Altera公司FPGA芯片EP4CE6E22C8N的时间频率测量设备,实现了高分辨率的时间间隔测量,测量分辨率达到13ps。同时采用时间间隔测量模块两两组合的方式实现了无死区频率测量,创新性地采用每组3个TDC芯片,共4组搭建了时间频率测量系统,并对组内3个TDC芯片测量结果采用平均值滤波法,使频率测量稳定度达到1.1 ×10^(-11)@1 s,5.6 × 10^(-15)@10000 s,与商用K+K FXE频率计数器指标相当。本设备具有体积小、无需校准、成本低等优点,能够广泛应用到高精度时间间隔和精密频率测量领域中。 展开更多

关键词 频率测量 时间间隔测量 时间数字转换器(tdc) 高精度 无死区

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应用于时间数字转换器的补偿校准算法及电路 被引量：1

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作者 赵捷 赵野 +3 位作者 童纪昀 王莎 张孟翟 赵发展 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第12期1637-1642,共6页

文章提出一种基于相位内插型时间数字转换器(time-to-digital converter, TDC)的补偿算法及校准电路,通过该电路能有效地解决由于亚稳态和PVT(process,voltage and temperature)因素变化引起的TDC的采样错误,并且不需要额外的计数器、... 文章提出一种基于相位内插型时间数字转换器(time-to-digital converter, TDC)的补偿算法及校准电路,通过该电路能有效地解决由于亚稳态和PVT(process,voltage and temperature)因素变化引起的TDC的采样错误,并且不需要额外的计数器、锁频电路或基于统计方法学的复杂结构。基于该方法的TDC电路采用CMOS 0.110μm工艺设计实现,版图面积仅为380×140μm^(2),在1.2 V电源下功耗为4.2 mW。仿真结果表明:系统分辨率为104 ps,最大微分非线性(differential nonlinearity,DNL)和积分非线性(integral nonlinearity,INL)分别为0.3、2.5 LSB,证明依据该算法的TDC电路具有良好的时间精度和线性度。 展开更多

关键词 时间数字转换器(tdc) 相位内插 补偿校准 亚稳态 算法电路

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重离子治癌装置中γ-γ符合时间测量系统设计 被引量：2

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作者 颜俊伟 柯凌云 +11 位作者 陈金达 张秀玲 杜成名 杨海波 王长鑫 吴俊达 苏弘 千奕 佘乾顺 赵红赟 蒲天磊 孔洁 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期24-29,共6页

为实现重离子治癌装置中γ-γ符合时间的高精度和高分辨率测量,设计实现了符合时间的测量系统,该系统主要由高速比较器构成的定时甄别电路和基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)的时间−数字转换(TDC)电路构成。FPGA-TDC通过“粗”时间和“细... 为实现重离子治癌装置中γ-γ符合时间的高精度和高分辨率测量,设计实现了符合时间的测量系统,该系统主要由高速比较器构成的定时甄别电路和基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)的时间−数字转换(TDC)电路构成。FPGA-TDC通过“粗”时间和“细”时间结合的方法实现精确的时间测量:“粗”时间测量采用二进制计数器实现,“细”时间测量基于片内缓冲器和寄存器阵列构成的级联延迟链实现。实测结果表明,该符合时间测量系统的本征时间间隔测量分辨好于276 ps(FWHM)。构建了H8500耦合LYSO晶体阵列组成的测量系统,并对22Na 511 keVγ射线进行测试,结果表明时间测量精度优于1.12 ns(FWHM),且通过统计分析有效符合时间得到的晶体阵列位置映射散点图清晰。 展开更多

关键词 符合时间测量系统 现场可编程逻辑阵列FPGA 时间间隔测量 时间-数字转换器tdc

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基于FPGA的TDC设计及非线性校正 被引量：2

10

作者 金博存 杨瑞强 《真空与低温》 2018年第5期342-347,共6页

时间数字转换电路是飞行时间质谱仪和火星能量粒子分析仪中必不可少的环节,其分辨率和精度的高低将直接决定飞行时间质谱仪和火星能量粒子分析仪中的粒子鉴别能力。文章利用FPGA内进位链结合粗计数的方法完成了对时间数字转换器的设计,... 时间数字转换电路是飞行时间质谱仪和火星能量粒子分析仪中必不可少的环节,其分辨率和精度的高低将直接决定飞行时间质谱仪和火星能量粒子分析仪中的粒子鉴别能力。文章利用FPGA内进位链结合粗计数的方法完成了对时间数字转换器的设计,采用Xilinx Spartan-6系列FPGA完成。设计了码密度测试法对进位链中延迟单元的延迟时间进行测量,在测试时发现其进位链中存在延迟时间较大的延迟单元,严重影响时间数字转换器测量的非线性程度。为解决这一问题,采用bin-by-bin的校准方式对延迟链非线性进行修正,提高TDC的测量精度。 展开更多

关键词 时间数字转换器(tdc) 进位链 延迟单元非线性校正

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一种基于环振的高精度时间测量芯片设计实现 被引量：1

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作者 蒋安平 牛砚波 +5 位作者 胡文瑞 胡贵才 吴晓静 刘立全 刘丽丽 何宇 《电子技术应用》 北大核心 2017年第1期64-67,71,共5页

高精度时间测量技术在空间探索、高能物理以及速度、流量、距离等多种测量领域有广泛用途,实现这种功能的电路被称为时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)。分析了高精度时间测量的不同类型实现原理和技术,在此基础上介绍了... 高精度时间测量技术在空间探索、高能物理以及速度、流量、距离等多种测量领域有广泛用途,实现这种功能的电路被称为时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)。分析了高精度时间测量的不同类型实现原理和技术,在此基础上介绍了一种基于环形振荡器(环振)的TDC芯片设计。该芯片采用0.18μm 1P5M CMOS工艺流片加工,测试结果表明其测量分辨率达到52 ps,可以用于流量、温度、距离等多种测量领域。 展开更多

关键词 时间测量 时间数字转换器(tdc) 抽头延迟线法 环形振荡器(环振)

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基于时空关系的高分辨率时间数字转换器 被引量：1

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作者 许建华 张超 +2 位作者 王召利 范文晶 王海 《电测与仪表》 北大核心 2010年第2期60-63,共4页

本文介绍了一种利用时空关系来提高测量时间间隔精度的时间数字转换器(TDC),该转换器用固定长度的抽头传输线作为量化延时单元,对短时间间隔进行量化,其主要分为传输线、缓冲器和重合检测电路三个部分,本文对此进行了深入分析。这种时... 本文介绍了一种利用时空关系来提高测量时间间隔精度的时间数字转换器(TDC),该转换器用固定长度的抽头传输线作为量化延时单元,对短时间间隔进行量化,其主要分为传输线、缓冲器和重合检测电路三个部分,本文对此进行了深入分析。这种时间数字转换器的一个优点是容易集成,我们做了个原型机来验证这个原理,在该原型机中使用印刷电路板上的微带线作为延迟线,最后实现了82ps的测量精度。 展开更多

关键词 时空关系 时间数字转换器(tdc) 时间间隔 延迟线 重合检测

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基于新型延迟电路的CMOS片上温度传感器 被引量：1

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作者 李硕明 《电子器件》 CAS 北大核心 2016年第4期785-789,共5页

为在较大温度范围内实现高精度的片上温度检测,提出一种基于新型延迟电路的CMOS时域温度传感器。该传感器以新型延迟电路为基础,利用二极管连接的双极结型晶体管（BJT）生成PWM信号,相较于其它时域温度传感器,仅需要单一偏置电流以及比... 为在较大温度范围内实现高精度的片上温度检测,提出一种基于新型延迟电路的CMOS时域温度传感器。该传感器以新型延迟电路为基础,利用二极管连接的双极结型晶体管（BJT）生成PWM信号,相较于其它时域温度传感器,仅需要单一偏置电流以及比较器就可生成PWM信号;利用简易的数字计数器可确定占空比,且占空比会被转换成数字值;传感器设计采用了0.18μm CMOS技术。实际测试结果显示,相较于其它类似传感器,提出的传感器在较宽的温度范围内精确度较高;在两个温度点上进行数字校准之后,在0~125℃范围内的精确度为±0.1℃;电源为1.5 V时,此传感器仅消耗了2.48μA,功耗为3.8μW。 展开更多

关键词 时域温度传感器 延迟电路 低电压低功率 时间数字转换器(tdc)

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基于TDC芯片的LCR参数测量仪 被引量：1

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作者 李玲 田书林 戴志坚 《电子测试》 2012年第1期62-65,共4页

在采用矢量电流电压法测量阻抗时,目前大多采用两种方法来实现阻抗矢量虚实部的分离。一种是通过相敏检波器来实现,另一种是通过高速ADC采样信号,通过比较零点位置获取相位差信息来实现。前一种方法实现复杂且测量速度不易提高,后面的... 在采用矢量电流电压法测量阻抗时,目前大多采用两种方法来实现阻抗矢量虚实部的分离。一种是通过相敏检波器来实现,另一种是通过高速ADC采样信号,通过比较零点位置获取相位差信息来实现。前一种方法实现复杂且测量速度不易提高,后面的一种测量方法成本太高。本文主要介绍将TDC芯片应用于经典的电流电压法阻抗测量中,用TDC芯片获取被测信号的相位差信息,从而实现复阻抗实部与虚部分离的新方法,在降低成本的同时实现高精度LCR参数测量。 展开更多

关键词 时间数字转换器(tdc) 相位测量 阻抗测量

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基于0.18μm CMOS抽头延迟链时间数字转换器设计

15

作者 王巍 熊拼搏 +1 位作者 周浩 袁军 《电子世界》 2017年第6期111-112,共2页

本文提出一种基于0.18μm CMOS抽头延迟链时间数字转换器(TDC,Time-to-Digital Converter),共设计128级压控延迟链。通过对称结构延迟锁相环的使用,增加了延迟链的稳定性,减小了系统时钟歪斜与抖动。仿真结果表明:电源电压为1.8V,参考... 本文提出一种基于0.18μm CMOS抽头延迟链时间数字转换器(TDC,Time-to-Digital Converter),共设计128级压控延迟链。通过对称结构延迟锁相环的使用,增加了延迟链的稳定性,减小了系统时钟歪斜与抖动。仿真结果表明:电源电压为1.8V,参考时钟频率为250MHz时,TDC最低有效位(LSB)约为84.6ps,有效精度(RMS)约为40.6ps,微分非线性-0.7LSB<DNL<0.8LSB,积分非线性-0.9LSB<INL<1.4LSB。 展开更多

关键词 抽头延迟链 时间数字转换器(tdc) D触发器 最低有效位(LSB)

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75 ps精度GM-APD阵列像素读出电路设计(英文)

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作者 赵佳姮 赵毅强 +2 位作者 叶茂 夏显召 周国清 《南开大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期57-64,共8页

提出了1种用于激光3D成像的中等规模盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)阵列的像素读出电路.根据时间飞行(TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(AQC)和时间数字转换器(TDC).所采用的TDC是两段式粗细结合的架构,成功实现了... 提出了1种用于激光3D成像的中等规模盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)阵列的像素读出电路.根据时间飞行(TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(AQC)和时间数字转换器(TDC).所采用的TDC是两段式粗细结合的架构,成功实现了时钟频率和时间分辨率的折中.基于内插技术,动态范围提高到了19 bit,而时钟频率降低为预计的1/5,显著降低了设计和应用的难度.采用延时线技术实现的4 bit细TDC将精度提高到75 ps.电路采用SMIC 0.18μm工艺设计.后仿结果显示达到了75 ps的高精度时间分辨率,对应3 km测距范围内的距离分辨率为1.125 cm.另外,总功耗为1.08 m W,且电路面积小于95×95μm^2. 展开更多

关键词 激光3D成像 读出电路 雪崩光电二极管(APD) 延迟线时间数字转换器(tdc)

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