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

1、隨著電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，時(shí)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(jí)。數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器（Digital-to-Time Converters，DTC）屬于一種時(shí)間間隔產(chǎn)生技術(shù)，它不僅廣泛應(yīng)用于高能物理實(shí)驗(yàn)、天文測(cè)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(cè)量等應(yīng)用研究領(lǐng)域也是一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)，但其具有靈活性低、開發(fā)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)?；贔PGA實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)高精度DTC系統(tǒng)具有重要的研究意義。
　　論文首先對(duì)幾種傳統(tǒng)數(shù)字時(shí)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(diǎn)，并進(jìn)行了對(duì)比研究。而后為了在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器，論文對(duì)直接計(jì)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(shí)間間隔產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)方法，

3、并在Xilinx Virtex-6系列FPGA芯片上，實(shí)現(xiàn)了具有高分辨率、寬動(dòng)態(tài)范圍和高穩(wěn)定性的數(shù)字時(shí)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(duì)延遲單元作為差分延遲鏈的延遲單元，它不僅可以實(shí)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(qiáng)了DTC系統(tǒng)的穩(wěn)定性。DTC系統(tǒng)研究實(shí)現(xiàn)時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括粗時(shí)間間隔產(chǎn)生模塊、細(xì)時(shí)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(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)研究設(shè)計(jì)。此外，論文還特別針對(duì)關(guān)鍵延遲時(shí)間進(jìn)行分析，通過手動(dòng)調(diào)整布局布線，消除了因布線延遲對(duì)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(jì)要求。
　　為了驗(yàn)證研究實(shí)現(xiàn)的DTC系統(tǒng)性能，論文搭建專門的測(cè)試平臺(tái)，對(duì)DTC系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試。測(cè)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