5.1 专题---TDC时间转换技术
高分辨率时间-数字变换器（TDC）的设计实现（授时中心王文利）
高分辨率时间-数字变换器（TDC）的设计实现（授时中心王文利）高分辨率时间－数字变换器(TDC)的设计实现王文利1，2，王丹妮1，边玉敬1（1．国家授时中心，陕西临潼，710600；2．中国科学院研究生院，北京，100080）摘要：内插法是实现高分辨率时间间隔测量的主要方法。
时间－数字变换器（TDC）则是实现高分辨率时间间隔测量的关键部件。
文章介绍了一种基于模拟内插技术的高分辨率时间数字变换器的设计实现。
经测试，其测时误差小于250ps。
关键词：时间－数字变换时间间隔测量模拟内插技术高分辨率Design and Implementation of High ResolutionTime-to-Digital ConverterWang Wen-li, Wang Dan-ni, Bian Y u-jing(1. Nation Time Service Center, Xian 710600, Shaanxi, China;2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080,China) Abstract:Interpolation is the main method for time interval measurement with high-resolution. The Time-to-Digital Converter is the central component which can make a time interval measurement with high-resolution. A high-resolution Time-to-Digital Converter which based on analog interpolation is introduced in this paper. The resolution of the TDC reaches 250ps.Key words: Time-to-Digital Convert Time Interval Measurement Analog Interpolation High-Resolution1.引言高分辨率时间间隔测量技术在时频测量、航空航天、卫星导航、雷达定位、激光测距、核物理和粒子物理探测等应用领域中具有十分重要的地位。
TDC时间数字转换器
TDC时间数字转换器TDC时间间隔测量原理时间数字转换技术〔TDC)是建立在R.Nutt在1968年提出的延迟线构造根底之上，利用信号通过逻辑门电路的绝对传输时间提出的一种时间测量方法，早期用同轴线来实现延迟线，随着集成电路的开展，这种构造的计时器被移植到IC 上，得到迅速推广，其测量原理如图1所示。
图1 经典Nutt延迟线根本构造整条延迟线〔Delay Line)由一组延迟单元组成，每个延迟单元配合一个触发器，触发器的时钟由时间脉冲的完毕下降沿提供，当时钟脉冲完毕后，触发器可以记录延迟多少个时间单位，也就是stop信号相对于start信号落后的时间，从而实现将时间转化为数字的测量。
这种测量方法的精度取决于延迟单元1 的延迟时间。
目前工作进展系统方案设计初步的方案设计采用德国ACAM公司生产的TDC-GP21芯片来实现时间的测量。
系统的构造如图2所示，其核心为数字延迟线芯片TDC-GP21和微控制器STC12C5A60S2。
TDC-GP21芯片利用延迟线插入法测量时间间隔，其精度可到达45ps，最高量程为4ms。
图2 TDC时间测量系统原理框图本系统可以用于测量2路时间间隔信号，其中Start为公用的起始时间信号，Stop1和Stop2为两路停顿时间信号，测量的输出量为各Stop通道的脉冲信号与Start信号之间的时间间隔的数字化量。
TDC-GP21芯片与单片机采用四线制SPI 接口进展连接，从而实现单片机对时间测量芯片的初始化控制和测量数据的传输。
系统测量过程为，单片机首先对TDC-GP21芯片初始化，由Start信号触发测量，当芯片完成时间间隔测量时，触发中断，使单片机读取测量结果，再由串口通信电路传到上位机，进展最终的数据处理，系统硬件实物图如图3所示。
图3 时间数字转换器系统实物图●系统测试使用BNC MODEL575延时产生器产生延时脉冲，由于信号源存在200ps的时间抖动，因此测量结果的标定值以示波器实际测量的延时值为准。
tdc 实现方法
tdc 实现方法以TDC实现方法为标题的文章TDC，全称为时间差异编码（Time Difference Coding），是一种用于数据传输的编码方式。
它利用不同时间间隔来表示不同的信息，具有低功耗、高可靠性和较高的传输速率等优点。
本文将介绍TDC 的实现方法，包括基本原理、具体步骤以及应用领域等方面。
一、TDC的基本原理TDC的基本原理是利用时间差异来编码数据。
在传输过程中，发送方通过计算两个事件之间的时间差来表示信息，而接收方则根据时间差的大小来解码并恢复原始数据。
具体来说，TDC的实现方法可以分为以下几个步骤。
二、TDC的实现步骤1. 时钟同步：在TDC中，发送方和接收方需要保持时钟同步，以确保时间差的准确性。
可以使用一些同步协议或技术来实现时钟同步，例如GPS同步或者专用的时钟同步电路。
2. 事件触发：发送方在传输数据前，需要确定两个事件的触发时刻。
这些事件可以是电压上升沿、下降沿、信号边沿等等。
发送方通过在特定时刻触发事件来开始计时。
3. 时间测量：发送方在触发事件后开始计时，直到第二个事件触发为止。
计时器可以使用高精度的定时器或者计数器来实现。
计时器的精度越高，TDC的分辨率就越高。
4. 时间差计算：发送方将两个事件的时间差转换为数字信号，并通过传输介质发送给接收方。
时间差的编码方式可以根据具体需求选择，例如二进制编码、格雷码编码等等。
5. 时间差解码：接收方接收到时间差信号后，将其解码为对应的时间差值。
解码的过程可以使用数字信号处理技术，例如滤波、放大、数字比较等等。
6. 数据恢复：接收方根据时间差的大小来恢复原始数据。
具体的恢复算法可以根据数据的编码方式来设计，例如使用查表法、线性插值法等等。
三、TDC的应用领域TDC作为一种高效可靠的数据传输方式，广泛应用于各个领域。
以下是一些常见的应用场景。
1. 无线通信：TDC可以应用于无线通信系统中，用于数据传输和同步控制。
例如，在无线传感器网络中，TDC可以用于传输传感器数据和节点之间的同步。
时间数字转换(TDC)IP核设计与低功耗优化
（． １ 山东 大学信 息科 学与 工程 学院 ， 济南 ２ ０ ０ ； ． ５ １ ０ ２ 山东 大学 华特 通讯工 控部 ， 南 ２ ０ ０ ） 济 ５ １ ０
摘 要 ： 间 数 字 转 换 系 统 用 于 功 耗 要 求 严 格 的 超 声 波 流 量 测 控 片 上 系 统 Ｓ （ ｙ ｔ Ｏ ｈｐ 。为 此 ， 时 ＯＣ Ｓ ｓ ｍ ｎ ａＣ ｉ） ｅ 提
第 ２ ２卷 第 ３期 ２１ ０ ０年 ６月
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
Ｐｒ ｃ ｅ ｉ ｇｓｏｆｔ ｏ ｅ ｄ ｎ ｈｅＣＳＵ — ＥＰＳＡ
Ｖｏ ＿ ２ Ｎｏ ３ Ｉ２ ．
Ｊ ｎ ２ １ ｕ． ＯＯ
时 间 数 字 转 换 （ ＤＣ）Ｐ核 设 计 与 低 功 耗 优 化 Ｔ Ｉ
ｒ ｎｇ ｎｄ ｌ ｗ ｏｗ ｅ ｏ ｕ ｐｔｏｎ ａ ｅ ａ ｏ ｐ ｒｃ ｎｓ ｍ ｉ ．
ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｏ ｌ ｃ — ａ ｉ ｇ ｃ ｌ， ｕ ｔ ｔ ｒ ｓ ｏ ｄ ｖ ｌａ ｅ ａ ｄ ｃ Ｔｈ ｐ ｉ ａ ｉ ｆ ｏ ｋ ｇ ｔｎ ｅｌ ｍ ｌｉ ｈ ｅ ｈ ｌ ｏ ｔ ｇ ｎ ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｎ ｏ ｔ ｍｉ ｏ ｃ — ｍｉａ ｉ ｆ ｔ —ｅ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ｏ ｇ ． ｅ
中 圈 分 类 号 ：ＴＮ４ ２ ９ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ９ ０ ２ １ ） ３ ０ ３ 一 ４ ０ ３８ ３ （ ０ ００ — １ ８Ｏ
Ｉ Ｃｏ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｍ ｅ＿ 。 ｇ ｔ ｌＣｏ ｖ ｒ ｅ ｎ Ｐ ｒ ｓ ｇ ｆ Ｔｉ 。ｏ＿ ｔ Ｄｉ ｉａ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ Ｌｏ ｐｏ ｒ Ｏｐ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ ｗ— ｗｅ ｔｍ ｚ ｔｏ
具有改进的分辨率的时间-数字转换器(TDC)[发明专利]
![具有改进的分辨率的时间-数字转换器(TDC)[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/806b9712fab069dc502201e8.png)
专利名称：具有改进的分辨率的时间-数字转换器（TDC）专利类型：发明专利
发明人：凯文·H·王,萨鲁·帕拉库尔特伊,弗雷德里克·博苏申请号：CN201610181845.4
申请日：20100329
公开号：CN105867102A
公开日：
20160817
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及具有改进的分辨率的时间‑数字转换器(TDC)。
本发明描述一种具有小于一个反相器延迟的精细分辨率的时间‑数字转换器TDC。
在一示范性设计中，所述TDC包括第一和第二延迟路径、延迟部件和相位计算单元。
所述第一延迟路径接收第一输入信号和第一参考信号且提供第一输出。
所述第二延迟路径接收第二输入信号和第二参考信号且提供第二输出。
所述延迟部件相对于所述第一输入信号延迟所述第二输入信号或相对于所述第一参考信号延迟所述第二参考信号，例如，延迟一半反相器延迟。
所述相位计算单元接收所述第一和第二输出且提供所述输入信号与所述参考信号之间的相位差。
可执行校准以获得所述第一和第二延迟路径的精确定时。
申请人：高通股份有限公司
地址：美国加利福尼亚州
国籍：US
代理机构：北京律盟知识产权代理有限责任公司
代理人：宋献涛
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实验五时间一数字变换电路TDC课件
实验五时间—数字变换电路（TDC）一、实验目的1、掌握时间—数字变换电路的原理。
2、学习时间—数字变换电路的几个主要指标的测试方法。
二、实验器材1、BJ1732A型直流稳压电源1台2、MFS—70A型双脉冲发生器1台3、TDS1012示波器1台4、自动定标器BH12201台5、EDM-82B数字万用表1个6、实验电路板。
三、实验原理时间—数字变换电路简称TDC，主要用于时间间隔的测量。
如核物理实验中激发态的寿命测量、粒子识别、飞行时间测量等，都需要使用时间测量装置。
时间—数字变换电路，就是将两个相关事件间的时间间隔线性地变换成一定的数字脉冲，由快速计数器记录数字脉冲数的多少，确定所测事件间的时间间隔。
时间—数字变换的电路原理框图如图5—1所示。
图5-1中，TDC主要由输入同步与控制电路、双稳态触发器、时钟振荡器、脉冲计数器五部分组成。
1、时钟振荡器如图5-2，双输入4与非门74LS00的其中两个与非门A6A和A6B与电阻R3、电容C3和10MHz晶振构成时钟晶体振荡器，由A6B的6脚输出10MHz脉冲信号。
图5—2 时钟振荡器、输入信号同步互锁与双稳态电路2、双稳态触发器A5A为D触发器，由它构成双稳态电路。
当双稳态电路Q端输出为低电平时，/Q输出为高电平，10MHz脉冲信号不能进入计数器。
此时，双稳态触发器的/Q送入起始信号输入同步与控制电路，允许起始信号经过同步电路而触发双稳态；双稳态触发器的Q端送入停止信号输入同步与控制电路，禁止停止信号经过同步电路。
当双稳态电路Q端输出为高电平时，/Q输出为低电平，10MHz脉冲信号可以进入计数器。
此时，双稳态触发器的/Q送入起始信号输入同步与控制电路，禁止起始信号经过同步电路；双稳态触发器的Q端送入停止信号输入同步与控制电路，允许停止信号经过同步电路而复位双稳态。
3、输入同步与控制电路由两个双单稳态74LS123，两个双D触发器74LS74组成。
单稳态电路对输入信号进行成形，输出固定宽度的正脉冲。
5.1 专题---TDC时间转换技术
2.TDC技术应用领域
• 高精度的时间间隔测量要求达到皮秒（ps）水平 • ps是什么概念？ 1秒=10-12秒 如果用激光测距 光速为： 299792.458Km/s=299792458m/s 要达到1cm的精度，需要时间测量精度为： 1÷100÷(299792458) =3.33564×10-11秒 =33.3564皮秒
3.TDC原理
• 1）直接计数法
• 基于直接计数法的测量分辨率和测量精度 由参考时钟信号的频率和频率稳定度决定 • 时钟信号的温度漂移、时间漂移影响 • 时钟频率过高(>10GHz)，会引入很大的时 钟抖动，增大测量误差
3.TDC原理
• 2）游标法
*类似游标卡尺 的工作原理
a）T1和T2是两个周期相差很小的时钟信号：T1>T2 b）启动信号START启动T1的计数 c）停止信号启动T2的计数 d）对T1和T2的计数直到T1和T2边沿重合，则有：
T n
3.TDC原理
• 2）抽头延迟线法 其他类型 的电路
T 3
T n
3.TDC原理
• 2）抽头延迟线法
T 精度和分辨率； 一般触发器的延时时间在纳秒（ns）级
3.TDC原理
• 3）差分延迟链法
1 原理：START信号延迟链： STOP信号延迟链： 2 2 1 ？ 二者需要满足： 设延迟链门电路数量为n，则被测时间间隔为
3.TDC原理
• 2）游标法
测量电路
误差影响：要求T1和T2具有高稳定性与高可靠性； 待测时间较长时，精度难以保证； 扩展：增加测量范围的同时提高精度 多层次测量法，多维延时矩阵法，循环游标延迟链法等
3.TDC原理
• 2）抽头延迟线法
TDCs 时间数字转换器 产品简介
评估系统 产品名称
GP2-EVA-KIT
GP21-EVA-KIT
ATMD-GPX PCI-System
产品代码 1780
1781
1532
描述
基于TDC-GP2的测量评估系统, 包括PICOPROG编程器，评估软件，导线
TDC的基本原理是采用缓冲延迟阵列。巧妙的电路结 构、担保电路和特殊的芯片布层方法，使其精确再现 了信号通过的门的个数。TDC的最高分辨率取决于芯 片的最小门传播延迟时间。测量由START信号开始以 STOP信号终止。根据环形振荡器的位置和粗值计数器 的数值，可以计算出START和STOP之间的时差。有两 种方法可以修正温度和电压给缓冲延迟带来的影响。 这两种方法都采用了一个范围在1-40MHz的外部参考 时钟。第一种方法是校准，TDC自动测量两个参考时 钟周期并在其内部校准时间测量结果。第二种方法是 精度可调模式，在这种模式下测量单元的电压可以被 调节到固定值，以保证分辨率保持极高的稳定性。
n 双通道，250皮秒分辨率 n 单通道，125皮秒分辨率 n 15ns的脉冲对儿分辨率 n 每个通道可接收4个脉冲信号 n 双通道可达8个脉冲信号 n 测量范围 n 3ns到7.6us（测量范围1） n 60ns到200ms（测量范围2，具有前置配器) n -3.8us到3.8us（分辨率可调模式） n 分辨率可调模式：石英准确的精度调节
时间数字转换器概述
集成电路 产品名称
TDC-GP1 TDC-GP2 TDC-GP21
TDC-GPX TDC-GPX -FG
产品代码 封装 标准包装数量 包装形式 描述
时间数字转换器TDC
时间数字转换器TDC( Time to Digital Convert )---- 高精度短时间间隔测量技术与方法---时间间隔的测量技术，尤其是高精度的时间间隔(皮秒1ps=10E-12s量级) 的测量技术意义重大，不论是电信通讯，芯片设计和数字示波器( Digital Oscilloscope)等工程领域，还是原子物理、天文观测等理论研究，以及激光测距、卫星定位等航天军事技术领域都离不开高精度的时间间隔测量技术。
时间间隔测量分辨率和精度与其应用环境有很大关系。
在日常生活中，精确到分钟的测时精度已能满足人们的普通需要了，但现代军事、通讯、导航等领域对时间精确度的要求越来越高。
1 秒的测时误差会导致大海中的舰船偏离航线数百米，1 微秒的测时误差会导致航天飞机不能安全返航。
精密时间间隔测量是高精度激光脉冲测距、超声波测距和雷达测距的物理基础。
测量波束在测距仪器和被测目标之间往返的时间间隔与距离成正比，测距精度直接由时间间隔测量精度决定。
激光测距、雷达测距和超声波测距在军事、航天、航空、冶金等方面都有着广泛应用。
军事上对打击目标的精确测距是精确打击的基础，提高时间间隔测量的分辨率，就意味着有效提高制导、引爆的精确度；在航空航天领域，飞行器通过精确测量波束往返所需的时间间隔来进行导航和高度标定等，飞行过程对时间间隔测量精度和实时性要求更为苛刻，实时精确地测量时间间隔，可以保障飞行器的安全飞行。
综上所述，精密时间间隔测量技术在航空、航天、精确制导以及核物理等领域有着广泛的应用，是导航、空间技术、通讯、工业生产、电力等应领域不可缺少的关键技术。
精密时间间隔测量对测控技术在工业、国防及学技术的进步方面起到了举足轻重的作用。
各学科的发展前沿，对时间、率电子测量技术的发展提出了越来越高的要求，研究微小时间间隔的测量法，进一步提高时间、频率测量分辨率，是当今科技高速发展所亟待解决课题。
这方面所取得的新技术及成果，将会产生巨大的经济效益。
德国acam公司时间数字转换技术及应用介绍
德国acam公司时间数字转换技术及应用介绍时光是我们认识的最基本的物理尺度，越来越多的领域以高精度的时光测量为基础。
这些领域包括工业、汽车、医学和科研所要求的时光测量辨别率通常小于1ns，在无数甚至惟独几个皮秒，他们往往要求具有高精度、小体积、低成本和商业化等综合因素的经济型解决计划。
一个标准计数器假如要达到几个皮秒的辨别率，则需要几百GHz的频率时钟，这对于一个一般的系统来说，几乎是不行能的！成立于德国的acam公司，则以另一种方式，开发出基于皮秒级时光间隔测量的和系统解决计划----TDC（Timer Digital Converter），即时光数字转换器。
这些芯片把时光间隔挺直转化为高精度的数字值。
它与位于前端和数字处理器之间的数模转换器十分相像。
但是 TDC 仅指高精度的时光测量工具。
通常 TDC 是用在辨别率小于1ns 的转换器上的。
TDC原理TDC是ACAM核心的超高精度的时光间隔测量产品，全数字化集成，采纳标准工艺创造，对温度和的变幻采纳补偿方式，以便能同时满足高精度、高测量刷新率、低功耗和小体积等方面的要求。
详细来讲，TDC 是以信号通过内部门电路的传扬延迟来举行高精度时光间隔测量的，如下图1显示了这种测量肯定间隔时光TDC的主要框架。
芯片上的智能电路结构、冗余电路和特别的布线办法使得芯片可以精确地登记信号通过门电路的个数，并且能保证每个门电路的延迟时光严格全都。
芯片能获得的最高测量精度由信号通过芯片内部门电路的最短传扬延迟时光tpd打算。
图1：TDC 核心测量单元测量单元由 START 信号触发，接收到 STOP 信号停止。
通过START和STOP之间通过的门电路的个数来获得START和STOP信号之间的时光间隔。
如上图由START通过环形到达的位置和coarse counter的计数值即计算出 START 信号和 STOP 信号之间时光间隔，测量范围可达20 位。
下图2中tss即为测量的时光间隔。
time-to-digital convertersadc特点
time-to-digital convertersadc特点
ADC（Analog-to-Digital Converter）是一种电子设备，将模拟
信号转换为数字信号。
其中一种类型是时钟到数字转换器（Time-to-Digital Converter，TDC）。
TDC具有以下特点：
1. 高分辨率：TDC能够以非常高的精度测量时间间隔，通常
可以达到亚纳秒级别甚至更高的分辨率。
2. 高速性能：TDC可以快速地将时间间隔转换为数字信号，
使其适用于需要高速数据采集和处理的应用。
3. 宽动态范围：TDC具有广泛的测量范围，可以测量从纳秒
到几十皮秒的时间间隔。
4. 低功耗：TDC通常使用低功耗的电路设计，以减少能耗和
热量产生。
5. 可编程性：TDC通常具有可编程的参数设置，可以根据特
定应用的需求进行调整和优化。
6. 多通道支持：TDC可以同时处理多个通道的信号，使其适
用于需要并行处理多个信号的应用。
7. 低噪声：TDC的设计可以最大程度地减少测量过程中的噪
声干扰，提高测量精度。
总的来说，TDC是一种高性能的模拟信号到数字信号转换器，
具有高分辨率、高速性能、宽动态范围、低功耗、可编程性、多通道支持和低噪声等特点，适用于需要高精度时间测量的各种应用场景。
tdc时间数字转换器硬件电路原理及指标
tdc时间数字转换器硬件电路原理及指标引言：在现代电子设备中，时间的精确测量和处理是非常重要的。
TDC时间数字转换器是一种用于精确测量时间间隔的电子设备，广泛应用于各种领域，如无线通信、雷达、医学成像等。
本文将介绍TDC的硬件电路原理以及相关指标。
一、TDC的工作原理：TDC的全称是Time-to-Digital Converter，它的主要作用是将输入的时间间隔转换为数字输出。
TDC的工作原理基于时间差法，通过测量两个事件之间的时间差来实现精确的时间测量。
TDC的硬件电路主要由以下几个部分组成：1. 时钟发生器：产生稳定的时钟信号，用于同步各个模块的工作。
2. 开始计数模块：接收开始信号，开始计数时钟周期。
3. 结束计数模块：接收结束信号，停止计数时钟周期。
4. 计数器：记录开始计数模块和结束计数模块之间的时钟周期数。
5. 数字输出模块：将计数器的输出转换为数字输出。
TDC的工作过程如下：1. 当开始信号触发时，开始计数模块开始计数，计数器开始计时。
2. 当结束信号触发时，结束计数模块停止计数，计数器停止计时。
3. 数字输出模块将计数器的输出转换为数字形式，表示时间间隔。
二、TDC的相关指标：TDC的性能主要通过以下几个指标来衡量：1. 分辨率：指TDC能够测量的最小时间间隔，一般以时钟周期数表示。
分辨率越高，TDC的测量精度越高。
2. 精度：指TDC测量结果与实际值之间的误差，一般以百分比表示。
精度越高，TDC的测量结果越准确。
3. 带宽：指TDC能够测量的时间间隔范围，一般以时钟周期数表示。
带宽越大，TDC能够处理的时间间隔范围越广。
4. 采样速率：指TDC每秒钟能够进行多少次测量，一般以Hz表示。
采样速率越高，TDC能够处理的时间间隔越多。
5. 能耗：指TDC在工作过程中消耗的能量，一般以功耗表示。
能耗越低，TDC的能效越高。
三、总结：TDC时间数字转换器是一种用于精确测量时间间隔的电子设备，其工作原理基于时间差法。
tdc 实现方法
tdc 实现方法TDC (Time-Domain Computing) 是一种基于时间域的计算方法，它在计算机体系结构中具有广泛的应用。
本文将介绍TDC的实现方法和其在不同领域的应用。
一、TDC的实现方法1. 基于时钟周期的TDC实现方法TDC的核心思想是利用时钟信号来表示信息的传递和计算过程。
在基于时钟周期的TDC实现方法中，计算单元和存储单元都按照时钟周期进行操作。
每个时钟周期内，计算单元执行特定的操作，而存储单元则负责存储和传递数据。
这种实现方法具有较高的计算速度和并行计算能力。
2. 基于时间间隔的TDC实现方法基于时间间隔的TDC实现方法是将信息的传递和计算过程转化为时间间隔的测量。
通过测量信号的时间间隔来表示信息的传递和计算结果。
这种实现方法具有较高的精度和可靠性，适用于需要高精度计算的场景。
3. 基于时钟脉冲的TDC实现方法基于时钟脉冲的TDC实现方法是利用时钟脉冲的上升沿和下降沿来表示信息的传递和计算过程。
通过测量时钟脉冲的时间差来进行计算。
这种实现方法具有较高的灵活性和可扩展性，适用于需要灵活配置的场景。
二、TDC在不同领域的应用1. 通信领域TDC在通信领域中广泛应用于数据传输和时钟同步。
通过使用TDC，可以实现高速数据传输和精确的时钟同步，提高通信系统的性能和稳定性。
2. 图像处理领域TDC在图像处理领域中可以用于图像的采集和处理。
通过使用TDC，可以实现高速的图像采集和精确的图像处理，提高图像处理系统的性能和效率。
3. 生物医学领域TDC在生物医学领域中常用于心电图、脑电图等信号的采集和分析。
通过使用TDC，可以实现对生物信号的高精度采集和分析，帮助医生做出准确的诊断和治疗决策。
4. 物理实验领域TDC在物理实验领域中常用于实验数据的采集和分析。
通过使用TDC，可以实现对实验数据的高精度采集和分析，帮助科研人员获得准确的实验结果。
5. 控制系统领域TDC在控制系统领域中常用于实时控制和反馈。
TDC(数字时间转换)测量技术在飞机机体变形上的研究
以小量程模 式工作时 ， ＴＤＣ的 两 个 通 ２ 基 于Ｔ Ｄ Ｃ 时 间测量 系统 原理的实现 道 都 是 由ｓ ｔ ａ ｒ ｔ 脉 冲的边沿触发的 ， 每 个 独
样 值 与ｓ ｔ ａ ｒ ｔ 脉 冲 的时 间被 存 储 到 各 个通 道 信号之 间 ， 不 能少于３ ｎｓ 的时 间间隔 ， 如 果 小于 这个值 ， 开始 的ｓ ｔ ｏ ｐ 信 号 是 要 被 忽 略
反向器的个数［ ２ １ 。
ＴＤＣ 记录 下的时钟周期数 。 记 ＦＣ ２ 为 第 一
号 的正 跳 沿 之 间 的 时 间 。 至此 ， 一 轮 计数 完
Ｔ ＤＣ 核 心 测 量单 元 的 内部 是 利 用 信 号 个 ｓ ｔ ｏ ｐ 脉 冲 和接 下 来 的第 一个 参考 时钟 信 毕， 开 始 下 一 轮计 数 。 由时 间 计 算 式 可算 出
时 间值 ， 如式（ １ ） 。 其 后 的ｓ ｔ ｏ ｐ信号 处 理 方 法
同理 。
芯 片 的最 小 门 传播 延 迟时 间 决定 了 Ｔ ＤＣ的最 高 分 辨 率 。 测量是在Ｓｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ×（ Ｃ Ｃ＋ （ Ｆ Ｃ １ 一 ＦＣ ２ ） ／
大小 ， 依 据 所测 量 到 的结 果 不 同 ， 就 可 以 间
的 风 洞 实 验 环境 ， 电阻 应 变 片 的 工 作 环 境 比较恶劣 ， 也暴露 出一些问题 。 例如， 应 变
新率 、 精度 以及 电流 消耗的 灵活性 高 。 因 为 ｓ ｔ ｏ ｐ 信号 和接 下来 的第 一个 参考 时 钟 信
体 测 量 是 有 非 常大 的 实 际 意 义 的 。 个 正 跳 沿 之 后 被 触发 的 。 记 ＣＣ为触 发 后 直 到第一个 Ｓ ｔ ｏ Ｐ信 号 被 检 测 到 这 段 时 间 内
基于时空关系的高分辨率时间数字转换器
基于时空关系的高分辨率时间数字转换器
许建华;张超;王召利;范文晶;王海
【期刊名称】《电测与仪表》
【年(卷),期】2010(047)002
【摘要】本文介绍了一种利用时空关系来提高测量时间间隔精度的时间数字转换器(TDC),该转换器用固定长度的抽头传输线作为量化延时单元,对短时间间隔进行量化,其主要分为传输线、缓冲器和重合检测电路三个部分,本文对此进行了深入分析.这种时间数字转换器的一个优点是容易集成,我们做了个原型机来验证这个原理,在该原型机中使用印刷电路板上的微带线作为延迟线,最后实现了82ps的测量精度.
【总页数】4页(P60-63)
【作者】许建华;张超;王召利;范文晶;王海
【作者单位】中国电子科技集团公司第四十一研究所,山东青岛,266555;中国电子科技集团公司第四十一研究所,山东青岛,266555;西安电子科技大学技术物理学院;西安电子科技大学测量与仪器系,西安,710071;西安电子科技大学测量与仪器系,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TM935.15
【相关文献】
1.基于时空关系的超高分辨率时间间隔测量方法 [J], 李小明
2.基于新型时间放大器流水线时间数字转换器 [J], 魏星;陈柱佳;李威;黄志洪;杨海钢;;;;;;
3.基于新型时间放大器流水线时间数字转换器 [J], 魏星;陈柱佳;李威;黄志洪;杨海钢
4.基于新型时间放大器流水线时间数字转换器 [J], 魏星;陈柱佳;李威;黄志洪;杨海钢;;;;;;;
5.ams公司新的高分辨率时间-数字转换器提供更好的物体检测并免去了激光雷达[J], 戴朝典
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高分辨率数字计时器（TDC）的设计与实现
摘 要近年来，随着PET在临床诊断以及在药物实验等方面的广泛应用，PET技术受到越来越多人的关注，传统PET系统的不足也逐渐体现了出来，表现在传统PET图像的对比度和分辨率都偏低。
针对传统PET系统的这些不足，很多学者提出了很多不同的方法来改进PET系统，例如全数字化PET、TOF技术等。
但无论在哪种方法中，高的时间分辨率都能够比较有效的提高PET图像信噪比，如何获得高的时间分辨率都是一个很关键的技术。
本文针对新型PET系统较高的时间分辨率的要求，在总结常用时间间隔测量方法的基础上，选择了基于延迟线结构的时间数字转换（Time-to-Digital Converter，TDC）方案。
设计的TDC由两条延迟线和一个粗计数器组成。
使用Verilog语言完成TDC框架编写后，通过多次仿真测试和下载芯片测试，确定了延迟线中的延迟单元的结构，最终在Altera Stratix FPGA开发板上实现了一个平均时间分辨率小于200ps的TDC系统。
随后本文根据基于统计的测试方法，提出了使用PC机产生随机脉冲、通过RS232 DB9接口对TDC系统进行测试的方法，并完成了PC端和FPGA端功能的设计与实现。
之后使用这个测试平台完成了对TDC系统的测试，获得了关于这个TDC的平均分辨率、微分非线性误差、积分非线性误差等数据。
在文章的最后，对本文所作的工作进行了总结，并对下一步进行的工作进行了展望。
关键词：正电子断层扫描（PET），时间间隔，时间数字转换（TDC），FPGA华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文AbstractOver recent years, as PET is widely applied to clinical diagnosis and drug experiment, PET has draw more and more people’s attention. Meanwhile, some of traditional PET system’s insufficiencies expose themselves gradually, such as the low resolution and low contrast of traditional PET image. Aimed at these flaws, many researchers propose many different methods to improve PET system, like all-digital PET and TOF technology. Whatever method is proposed, high time resolution can effectively raise the signal/noise ratio of PET image, which makes how to get high resolution a key technology.Based on the conclusion of usual time interval measuring methods, this thesis chooses the scheme of Time-to-Digital Converter (TDC) based on delay line structure, meeting the new type of PET system’s requirement for high timing resolution. This TDC contains two delay lines and a main counter. After finishing the framework of the TDC using Verilog, we confirm the architecture of the delay element by emulation and on-board test. Finally this thesis implements a TDC system of time resolution below 200 ps on a FPGA development board.Thereafter, according to the measuring method based on statistics, this thesis proposes a method to test the TDC system using PC for generating random pulses, transmitting data through RS232 DB9 interface, and accomplishes the design and implementation of both PC and FPGA ends’ function. Finally, after using this test platform for TDC system, the data of time resolution, differential nonlinearity, and integral nonlinearity was obtained.Finally, this thesis makes summary and proposes the prospect of research work to do in futureKeyword: Positron Emission Tomography (PET), interval, Time-to-Digital Converter(TDC), FPGA华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
基于TDC的时间数字转换模块研制
基于TDC的时间数字转换模块研制
李良辉;千奕;孔洁;杨振雷;王晓辉;杨海波;苏弘
【期刊名称】《核电子学与探测技术》
【年(卷),期】2015(035)012
【摘要】介绍了用于MWDC前端电子学读出信号测量的时间数字读出模块的研制.该模块基于FPGA强大的逻辑控制功能与数据处理能力,采用高精度、小封装、低功耗、低成本的专用时间数字转换芯片实现设计.测试结果表明该模块时间分辨好于55 ps,积分非线性好于1 LSB,微分非线性好于0.01％,能够满足应用需求.【总页数】4页(P1263-1266)
【作者】李良辉;千奕;孔洁;杨振雷;王晓辉;杨海波;苏弘
【作者单位】中国科学院近代物理研究所,兰州730000;中国科学院大学,北京100049;中国科学院近代物理研究所,兰州730000;中国科学院近代物理研究所,兰州730000;中国科学院近代物理研究所,兰州730000;中国科学院大学,北京100049;中国科学院近代物理研究所,兰州730000;中国科学院近代物理研究所,兰州730000;中国科学院近代物理研究所,兰州730000
【正文语种】中文
【中图分类】TL8
【相关文献】
1.时间数字转换(TDC)IP核设计与低功耗优化 [J], 郑熠;李惠军;赵守磊;朱小兰;魏丽
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3.TDC-GP时间数字转换器及其应用 [J], 仰爱社;归朋飞
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一种像素级时间数字转换器的研究与设计
一种像素级时间数字转换器的研究与设计时间间隔量化技术在定时定位、雷达成像、激光测距以及医疗图像扫描领域具有很重要的研究意义。
为了得到精密的时间量化结果,目前越来越多的研究团队开始研究时间数字转换器(Time to Digital Converter,TDC)与时间幅度转换器(TimeAmplitude Converter,TAC)。
传统的TDC一般利用门单元延时量化传播时间,采用全数字电路进行研究设计,可以具有较高的精度、较宽的动态范围和较高的集成度,但TDC需要采用高频参考时钟,会对片上高灵敏度的模拟前端电路产生干扰;而基于斜坡信号的TAC 电路,且其信号属于模拟电路,不会对模拟前端电路产生干扰。
TAC同样可实现很高的集成度和精度,但TAC在动态范围和精度之间存在折中,限制了应用范围。
本文提出了两种时间间隔量化技术,分别是面向APD(雪崩光电二极管)阵列读出电路的像素内TDC设计,以及数字辅助时间幅度转换器(DATAC)设计。
两种设计方案都是基于传统的两级架构,由粗细计数结合来完成时间间隔量化,其粗计数部分均由计数器来完成,计数器输出位数可根据动态范围进行调整。
两种设计都是基于0.18μm CMOS工艺。
APD阵列读出电路中TDC的细计数部分由标准单元库中的延时单元构建延时链完成,其分辨率为延时单元的延时时间,测试结果表明,时间分辨率为1ns,动态范围为4μs。
DATAC(Digital-Asistant Time-to-Amplitude Converter)对三角波信号进行采样来实现精细量化,仿真结果表明,其增益为500ps/5mV,结合ADC可以实现动态范围10μs,分辨率500ps的时间数字转换。
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• ASIC-TDC实现
该TDC实现20ps分辨率
4.TDC实现方法
• ASIC-TDC实现
*即使专用芯片延迟单元时间可控，但延迟时 间依然收到温度和电压的影响
4.TDC实现方法
• FPGA-TDC的实现 • FPGA：可编程门 阵列 • 器件成本低； 开发周期短； 设计灵活性强； 收布线策略影响 延迟时间不容易控制 一致性较差
TDC时间数字转换技术及应用
华中科大自动化学院测量系 张洪
1. TDC的概念
• TDC:Time-to-Digital Converter “时间数字转换技术” or “时间数字转换器” • 用于测量两个时间事件间的间隔
2.TDC技术应用领域
• TDC技术广泛的应用于时频测量、航空航 天、卫星导航、雷达定位、激光测距、核 物理和粒子物理探测等领域，并且这些领 域的先进水平与时间间隔测量的精度密切 相关。 • 本课程中的科式流量计相位差测量、超声 流量计、行程回差式物位计（超声、雷达、 激光）等也将应用。
3.TDC原理
• 传统的时间差测量采用模拟的方法： 时间间隔扩展法、时间-幅度转换法 *需要用ADC把模拟量再转换为数字量
• 数字法实现TDC也有多种方法： 直接计数法、游标法、抽头延迟线法、 差分延迟线法等
3.TDC原理
• 1）直接计数法
• 待测时间为T，参考时钟周期为T0，计数脉 冲个数为M，则： • 实际测得时间间隔为： • 测量误差为：
3.TDC原理
• 2）游标法
测量电路
误差影响：要求T1和T2具有高稳定性与高可靠性； 待测时间较长时，精度难以保证； 扩展：增加测量范围的同时提高精度 多层次测量法，多维延时矩阵法，循环游标延迟链法等
3.TDC原理
• 2）抽头延迟线法
T 3
原理：每个触发器传输延时时间为 ； 启动信号START在触发器间传输时，被STOP信号锁存； Q1~QN指示出START信号传输的位置，如1110000，表示 START信号传输了3个触发器 设传输门数量为n，则被测时间间隔为
该TDC实现了200ps分辨率
FPGA-TDC实现50ps以下分辨率就比较难了
5.TDC芯片及应用实例 • ACAM公司TDC芯片： TDC-GP1， TDC-GP2(65ps)， TDC-GPX(10ps)， TDC-GP21（热能表） TDC-GP22（超声水表）
5.TDC芯片及应用实例
• TDC-GP1主要应用于超声波流量仪、高能物理和 核物理、各种手持/机载或固定工的高精度激光测 距仪、激光雷达、激光扫描仪、CDMA无线蜂窝 系统无线定位、超声波密度仪、超声波厚度仪、 涡轮增压器的转速测试仪、张力计、磁致伸缩传 感器、飞行时间谱仪、天文的时间间隔观测、频 率和相位信号分析等高精度测试领域。
T n
3.TDC原理
• 2）抽头延迟线法 其他类型 的电路
T 3
T n
3.TDC原理
• 2）抽头延迟线法
T n
影响因素：传输延时时间 是否精确——决定了测量的精度和分辨率； 一般触发器的延时时间在纳秒（ns）级
3.TDC原理
• 3）差分延迟链法
1 原理：START信号延迟链： STOP信号延迟链： 2 2 1 ？ 二者需要满足： 设延迟链门电路数量为n，则被测时间间隔为
T n( 2 1 )
3.TDC原理
• 3）差分延迟链法
T n( 2 1 )
特性：测量的稳定度则由两条延迟链的延迟一致性决定
4.TDC实现方法
• 目前TDC实现方法有两种： 专用芯片实现：ASIC-TDC 可编程逻辑：FPGA-TDC
• 基本特点 ASIC-TDC设计周期长，成本高，信号 延迟固定，可获得较高精度； FPGA-TDC成本低，灵活，延迟一致性 难以保证；
5.TDC芯片及应用实例
• TDC-GP22应用于超声水表的样例
5.TDC芯片及应用实例
• TDC-GP22应用于超声水表的样例
参考文献
• 参考文献【1】 • /link?url=INfNZuCI h7sibQQODDFKFaT4KxBfaGBtZhGSChD 3jVsemxngfrhVX_zqqJpQQ3qIIzfed64u8P Z8OkJau6aoEztVShWjo8Ne9nmhiew1Cjq • 硕士论文：张敏，皮秒分辨率的FPGATDC技术研究，2013.3，西安电子科技大 学 • ACAM公司的一些技术资料
2.TDC技术应用领域
• 高精度的时间间隔测量要求达到皮秒（ps）水平 • ps是什么概念？ 1秒=10-12秒 如果用激光测距 光速为： 299792.458Km/s=299792458m/s 要达到1cm的精度，需要时间测量精度为： 1÷100÷(299792458) =3.33564×10-11秒 =33.3564皮秒
3.TDC原理
• 1）直接计数法
• 基于直接计数法的测量分辨率和测量精度 由参考时钟信号的频率和频率稳定度决定 • 时钟信号的温度漂移、时间漂移影响 • 时钟频率过高(>10GHz)，会引入很大的时 钟抖动，增大测量误差
3.TDC原理
• 2）游标法
*类似游标卡尺 的工作原理
a）T1和T2是两个周期相差很小的时钟信号：T1>T2 b）启动信号START启动T1的计数 c）停止信号启动T2的计数 d）对T1和T2的计数直到T1和T2边沿重合，则有：