高精度數(shù)字時間轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，時間間隔的控制精度越來越高，已經(jīng)深入到皮秒甚至亞皮秒量級。數(shù)字時間轉(zhuǎn)換器（Digital-to-Time Converters，DTC）屬于一種時間間隔產(chǎn)生技術(shù)，它不僅廣泛應(yīng)用于高能物理實驗、天文測量等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，并且在航空航天、遙感定位、雷達(dá)、電子測量等應(yīng)用研究領(lǐng)域也是一項必不可少的重要技術(shù)。目前，高分辨率的DTC系統(tǒng)主要是利用AISC芯片實現(xiàn)，但其具有靈活性低、開發(fā)周期長等缺點。基于FPGA實現(xiàn)DTC系統(tǒng)

2、不僅具有高靈活性和高穩(wěn)定性，還可以縮短開發(fā)周期。但是，利用FPGA芯片實現(xiàn)的DTC系統(tǒng)分辨率不夠高，難以達(dá)到與ASIC相同的精度。因此，論文利用FPGA芯片實現(xiàn)高精度DTC系統(tǒng)具有重要的研究意義。
　　論文首先對幾種傳統(tǒng)數(shù)字時間轉(zhuǎn)換器進(jìn)行研究，深入分析了不同DTC方法的優(yōu)缺點，并進(jìn)行了對比研究。而后為了在FPGA芯片上實現(xiàn)高精度的數(shù)字時間轉(zhuǎn)換器，論文對直接計數(shù)法DTC和差分延遲法DTC進(jìn)行了改進(jìn)，提出一種新的時間間隔產(chǎn)生實現(xiàn)方法，

3、并在Xilinx Virtex-6系列FPGA芯片上，實現(xiàn)了具有高分辨率、寬動態(tài)范圍和高穩(wěn)定性的數(shù)字時間轉(zhuǎn)換器。DTC系統(tǒng)選擇Xilinx Virtex-6系列FPGA內(nèi)部集成的可編程絕對延遲單元作為差分延遲鏈的延遲單元，它不僅可以實現(xiàn)高精度的延遲，還使得DTC系統(tǒng)精度不受溫度和供電電壓的影響，極大增強了DTC系統(tǒng)的穩(wěn)定性。DTC系統(tǒng)研究實現(xiàn)時采用模塊化設(shè)計，包括粗時間間隔產(chǎn)生模塊、細(xì)時間間隔產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、軟件控制模塊和輸出控

4、制模塊等，并分別對各個模塊進(jìn)行詳細(xì)研究設(shè)計。此外，論文還特別針對關(guān)鍵延遲時間進(jìn)行分析，通過手動調(diào)整布局布線，消除了因布線延遲對DTC系統(tǒng)精度的影響，以保證DTC系統(tǒng)分辨率達(dá)到設(shè)計要求。
　　為了驗證研究實現(xiàn)的DTC系統(tǒng)性能，論文搭建專門的測試平臺，對DTC系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和實驗測試。測試結(jié)果表明，該 DTC系統(tǒng)的理論分辨率為1ps，微分非線性誤差為-0.17~0.13LSB，積分非線性誤差為-0.35~0.62LSB，其線性度達(dá)到理