华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
为了对时间间隔进行高精度测量, 设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的时间数字转换器。整个系统分为“粗”测量模块和“细”测量模块两部分。“粗”测量模块的基本原理为直接计数法, “细”测量模块利用了FPGA内部的进位链构造 了延迟链。采用了位置约束和多链联合测量的方法对延迟模块进行了优化。最后经过实物测试得知时间数字转换器的测量分 辨率为6.757 ps, 测量精度为33.802 ps, 微分非线性DNL的范围为(-1, 3.322)LSB, 积分非线性INL的范围为(-11.055, 9.594)LSB。该项技术可用于光电信号传输过程中延时的校准。
时间数字转换器 现场可编程逻辑门阵列 延迟链 位置约束 多链联合测量 time to digital converter programmable gate array delay chain position restriction wave-union
1 中国科学院光电技术研究所空天光电技术事业部, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
高精度脉冲式激光测距的精度与时间数字转换器(TDC)的精度密切相关,基于现场可编程门阵列(FPGA)的多通道TDC可有效降低系统的复杂度、提高测量效率。利用Xilinx Kintex-7系列内的CARRY4模块构造延迟链作为细计数,用25位200 M的系统时钟进行粗计数,采用粗细结合的方式,在FPGA芯片内设计并验证了8通道高精度TDC。针对延迟单元的超前进位特性及其受温度电压影响的非线性时延,利用码密度测试法和在线校准法进行校准。实验结果表明,设计的8通道TDC分辨率小于35 ps,精度为36.8 ps,误差峰峰值为157.2 ps,量程为167.77 ms。
时间数字转换器 CARRY4 现场可编程门阵列(FPGA) 延迟链 码密度测试法 激光与光电子学进展
2020, 57(13): 131203
基于FPGA的时间间隔测量, 由于其精度高、成本低、系统结构简单等突出优点, 在时间间隔测量领域已成为主要研究方向之一。介绍了一种基于FPGA延迟链差值的时间间隔测量方法, 利用片内单元缓冲器与触发器组成的延迟链形成的延迟链差值进行时间间隔测量, 整个系统占用了较少的芯片资源。此方法既可为功能电路独立使用, 也可通过FPGA中Logic Lock反标注进行系统的移植。此次研究建立在Altera公司的Cyclone系列二代芯片上, 时序仿真表明时间间隔测量误差小于1 ns, 硬件测试精度优于2 ns。
时间间隔测量 延迟链 时序仿真 硬件测试 time-interval measurement delay chain timing simulation hardware test
中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
激光测高仪是测量激光脉冲的飞行时间来获得测高仪与探测目标之间的距离，因此激光飞行时间测量的准确性是衡量其系统能力的根本指标。采用了一种专用的时间数字转换芯片设计了时间间隔测量模块，它采用延时线技术，测量频率快，时间分辨率高，受外界环境干扰小，完全适合激光测高的要求。在给出软硬件实现方法的同时，也给出了测量结果。
光电子学 激光测高 时间间隔测量 延时线 optoelectronics laser altimetry time interval measurement delay chain
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
激光测高仪通过测量激光脉冲的飞行时间来获得测高仪与探测目标之间的距离,因此激光飞行时间测量的准确性是衡量其系统能力的根本指标。提出以延迟锁相环(DLL)配合双延时线矩阵结构,再结合计数器的全数字方法来实现飞行时间的精密测量,测量结构在单片可编程门阵列(FPGA)中实现,其测距精度可达250 ps,-10 ℃～+50 ℃范围内延时线漂移不超过±30 ps。同时也对激光发射和接收电路作做了具体讨论,可有力地提高飞行时间的测量精度。该测高系统成型后,由于电路集成度高,功耗小,重量轻,系统稳定性强,达到激光测高要求。
激光技术 激光测距 飞行时间 延时线 可编程门阵列
