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

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

隨機數(shù)發(fā)生模塊RTL視圖

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

δcoarse= = 184 (5.6)5.3.2 細時間測量根據(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間為τ=59ps。將signal_start 信號和 signal_stop 信號送入延遲鏈中，當(dāng) signal_start 信號上升沿到來時，fine_count1 開始計數(shù)，當(dāng)下一個時鐘上升沿或下降沿到來時，fine_count1 停止計數(shù)并將計數(shù)結(jié)果進行鎖存；當(dāng) signal_stop 信號上升沿到來時，fine_count2 開始計數(shù)，當(dāng)下一個時鐘上升沿或者下降沿到來時，fine_count2 停止計數(shù)并將計數(shù)結(jié)果進行鎖存。仿真結(jié)果如圖 5.9。signal_start 和 signal_stop 兩部分的仿真細節(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，在第一階段的細時間測量中，小于半個時鐘周期的時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量結(jié)果如式（5.7）。 1= 8 × 59 = 472 (5.7)第二階段的細時間測量中，小于半個時鐘周期的時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量結(jié)果如式（5.8）。 2= 6 × 59 = 354 (5.8)

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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