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一種通用的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器碼密度校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生方法及其實(shí)現(xiàn)

李海濤 李斌康 田耕 阮林波 趙前 呂宗璟

李海濤, 李斌康, 田耕, 阮林波, 趙前, 呂宗璟. 一種通用的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器碼密度校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生方法及其實(shí)現(xiàn)[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2021, 43(8): 2121-2127. doi: 10.11999/JEIT200769
引用本文: 李海濤, 李斌康, 田耕, 阮林波, 趙前, 呂宗璟. 一種通用的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器碼密度校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生方法及其實(shí)現(xiàn)[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2021, 43(8): 2121-2127. doi: 10.11999/JEIT200769
Haitao LI, Binkang LI, Geng TIAN, Linbo RUAN, Qian ZHAO, Zongjing Lü. A General Method of Generating Code Density Calibration Signal for Time-to-Digital Converter and Its Realization[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(8): 2121-2127. doi: 10.11999/JEIT200769
Citation: Haitao LI, Binkang LI, Geng TIAN, Linbo RUAN, Qian ZHAO, Zongjing Lü. A General Method of Generating Code Density Calibration Signal for Time-to-Digital Converter and Its Realization[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(8): 2121-2127. doi: 10.11999/JEIT200769

一種通用的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器碼密度校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生方法及其實(shí)現(xiàn)

doi: 10.11999/JEIT200769
詳細(xì)信息
    作者簡(jiǎn)介:

    李海濤:男,1986年生,博士生,工程師,研究方向?yàn)榭祀娮訉W(xué)

    李斌康:男,1966年生,博士,研究員,研究方向?yàn)槊}沖輻射探測(cè)、快脈沖電子學(xué)研究和系統(tǒng)研制

    田耕:男,1978年生,博士,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)閮x器儀表控制、核電子學(xué)

    阮林波:男,1973年生,碩士,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)槲锢黼娮訉W(xué)

    趙前:男,1994年生,碩士,研究實(shí)習(xí)員,研究方向?yàn)楦咚贁?shù)字采集系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理

    呂宗璟:男,1993年生,碩士,工程師,研究方向?yàn)槟M光纖傳輸、數(shù)字信號(hào)處理

    通訊作者:

    李斌康 libk2008@sina.cn

  • 中圖分類號(hào): TN79

A General Method of Generating Code Density Calibration Signal for Time-to-Digital Converter and Its Realization

  • 摘要: 該文提出一種通用的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)碼密度校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生方法,該方法基于相干采樣理論,通過(guò)合理設(shè)置TDC主時(shí)鐘和校準(zhǔn)信號(hào)之間的頻率差,結(jié)合輸出信號(hào)保持電路,產(chǎn)生校準(zhǔn)用的隨機(jī)信號(hào),在碼密度校準(zhǔn)過(guò)程中,隨機(jī)信號(hào)均勻分布在TDC的延時(shí)路徑上,實(shí)現(xiàn)對(duì)TDC的bin-by-bin校準(zhǔn)?;赬ilinx公司的28 nm工藝的Kintex-7 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)內(nèi)部的進(jìn)位鏈實(shí)現(xiàn)一種plain TDC,利用該方法校準(zhǔn)plain TDC的碼寬(抽頭延遲時(shí)間),研究校準(zhǔn)了2抽頭方式下的TDC的性能參數(shù),時(shí)間分辨率(對(duì)應(yīng)TDC的最低有效位,Least Significant Bit, LSB)為24.9 ps,微分非線性為(–0.84~3.1)LSB,積分非線性為(–5.0~2.2)LSB。文中所述的校準(zhǔn)方法采用時(shí)鐘邏輯資源實(shí)現(xiàn),多次測(cè)試考核結(jié)果表明,單個(gè)延時(shí)單元的標(biāo)準(zhǔn)差優(yōu)于0.5 ps。該校準(zhǔn)方法采用時(shí)鐘邏輯資源代替組合邏輯資源,重復(fù)性、穩(wěn)定性較好,實(shí)現(xiàn)了對(duì)plain TDC的高精度自動(dòng)校準(zhǔn)。該方法同樣適用于其他類型的TDC的碼密度校準(zhǔn)。
  • 圖  1  門控?cái)?shù)字震蕩電路

    圖  2  利用查找表構(gòu)成環(huán)形振蕩器

    圖  3  典型的輸出保持電路

    圖  4  碼密度法校準(zhǔn)TDC碼寬示意

    圖  5  Kintex-7進(jìn)位鏈4抽頭碼寬典型值

    圖  6  兩種2抽頭方式的碼寬典型值

    圖  7  “0tap+3tap”抽頭方式的TDC線性擬合結(jié)果

    圖  8  TDC的非線性示意

    圖  9  TDC典型碼寬和標(biāo)準(zhǔn)差

    表  1  LUT1真值表

    I0 O
    0 1
    1 0
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  2  LUT2真值表

    I1 I0 O
    0 0 0
    0 1 0
    1 0 1
    1 1 0
    下載: 導(dǎo)出CSV
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    WANG Wei, DONG Yongmeng, LI Jie, et al. Design of a high resolution and multichannel TDC based on FPGA[J]. Microelectronics, 2015, 45(6): 698–701, 705.
  • 加載中
圖(9) / 表(2)
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  • 被引次數(shù): 0
出版歷程
  • 收稿日期:  2020-09-07
  • 修回日期:  2021-02-25
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2021-03-30
  • 刊出日期:  2021-08-10

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