一种粗细结构的时间数字转换器的研究与设计

发布时间：2023-11-26 16:22

　　科学技术的迅猛发展使得人们对于精密时间的量化要求越来越高,在大量的科学研究中,传统的时间量化方式已经无法满足实际需求,因此,可以对极小时间间隔信号进行高精度测量的时间数字转换(Digital-to-Time Convertion)技术应运而生。随着集成电路工艺的逐步发展,时间数字转换器(Digital-to-Time Converter,TDC)被广泛应用到工程研究和科学实践领域,如高能物理实验中测量粒子的飞行时间测量,医学上的正电子断层扫描、卫星同步、激光测距、雷达测距等。TDC作为时间测量的核心单元,它的性能优劣直接决定着时间测量精度的高低。因此,高精度TDC的研究具有重要的科学和实践意义。现有的TDC主要有两种实现方式:基于专用集成电路(ASIC)和基于现场可编辑门阵列(FPGA),定制化设计能够在结构设计上进行优化从而能达到皮秒测时精度。本文在针对不同结构的TDC性能分析的基础上,提出了一种采用ASIC方式实现的粗-细结构TDC。论文首先分别介绍了模拟型和数字型TDC的结构和原理并进行了优缺点分析;着重针对延迟锁定环中各部分的结构和原理进行了详细研究和分析;并对初始控制端电路、...

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【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状分析
    1.3 论文研究内容
    1.4 论文结构安排
2 TDC结构和工作原理
    2.1 模拟TDC
        2.1.1 时间放大法(TA)
        2.1.2 时间幅度转换法
    2.2 数字TDC
        2.2.1 时钟周期计数法
        2.2.2 延迟线法
        2.2.3 循环计数TDC
        2.2.4 差分延迟线法
        2.2.5 延迟锁定环
    2.3 本章小结
3 延迟锁定环设计与仿真
    3.1 双延迟锁定环原理
        3.1.1 锁相的概念
        3.1.2 电荷泵锁相环
        3.1.3 延迟锁定环
        3.1.4 双延迟锁定环
    3.2 电路设计与仿真
        3.2.1 整体结构
        3.2.2 初始控制端
        3.2.3 鉴频鉴相器
        3.2.4 电荷泵和一阶环路滤波器
        3.2.5 压控延迟线
        3.2.6 双延迟锁定环仿真结果
    3.3 本章小结
4 TDC整体结构和各部分电路的设计与仿真
    4.1 粗细结构TDC的整体结构
    4.2 延迟单元
        4.2.1 电路结构和原理分析
        4.2.2 适用于各个计数级的延迟单元
        4.2.3 仿真结果
    4.3 信号采样
        4.3.1 电路结构和原理分析
        4.3.2 仿真结果
    4.4 边沿判别
        4.4.1 电路结构和原理分析
        4.4.2 仿真结果
    4.5 循环计数结构TDC
        4.5.1 电路结构和原理分析
        4.5.2 仿真结果
    4.6 中间级TDC
        4.6.1 电路结构和原理分析
        4.6.2 仿真结果
    4.7 差分结构TDC
    4.8 各计数级之间的连接
        4.8.1 细计数级与中间计数级
        4.8.2 粗计数级与中间计数级
    4.9 本章小结
5 TDC误差分析
    5.1 TDC中相关参数
        5.1.1 静态性能参数
        5.1.2 动态性能参数
        5.1.3 非理想因素
    5.2 TDC误差分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3868129