【摘 要】
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时间间隔是用来描述一个事件相对于另外一个事件发生超前或者滞后的程度。精密时间间隔测量希望把时间测量精确到us、ns甚至ps级别,它在科学研究、航空航天、卫星导航、同步授时、5G等领域都有着重要的应用。时间数字转换器（Time-to-Digital Converter,TDC）是一种常用的精密时间间隔测量技术,早期的TDC通常在专用集成电路（Application Specific Integrat
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院
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时间间隔是用来描述一个事件相对于另外一个事件发生超前或者滞后的程度。精密时间间隔测量希望把时间测量精确到us、ns甚至ps级别,它在科学研究、航空航天、卫星导航、同步授时、5G等领域都有着重要的应用。时间数字转换器（Time-to-Digital Converter,TDC）是一种常用的精密时间间隔测量技术,早期的TDC通常在专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit,ASIC）中实现,但其设计成本较高,周期较长且可移植性差;而在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）中实现TDC具有开发周期短、设计成本低、灵活性较好等优点,所以实现FPGA-TDC具有重要的意义。本文通过对常用的TDC设计方案和不同的FPGA芯片进行分析和比较,选定了 Cyclone系列FPGA,并对其内部两种不同的延迟结构（LCELL和Adder专用进位链）进行分析、仿真和测试,探究出其每个单元的延迟时间（LCELL单元263ps,Adder单元40ps）,并以此产生高精度移相模块。论文整个实验部分的设计分为“粗测量”模块和“细测量”模块,粗测量模块利用电子计数法实现,细测量模块利用Adder专用进位链构成的抽头延迟线实现,并利用不同的方法对细测量得到的“温度计码”进行转换,利用两级触发器打拍解决亚稳态问题,同时通过码密度测试的方式对整个抽头延迟线结构进行测量和验证。通过实验测试,最终得出双通道测量系统测量分辨率达到了 40ps,测量精度RMS达到了 30ps,测量范围（0～1）s。且本实验在单一的FPGA主控板上完成,具有成本低、体积小、灵活性好等优点。
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