时间数字转换器TDC
TDc-GPX2时间-数字转换器
Ｉ ｎ ｃ ｕ ｓ 仍能工作，覆盖范围不会全部失效 。 Ｉ ｎ ｃ ｕ ｓ 超 声测 漏 仪 通 过 检 测 由带 压 气 体 泄 露 丽 产 生
的超 声波 （ 超 声 频 段 的声 压 变 化 ） 来 识 别 持 续 微 小 的
体 监 测 和 同避 ， 这得益于更 ７ Ｊ ¨ 详 细 和 精 准 的距 离测 量 ，
Ｉ ｎ ｃ ｕ ｓ 超声测漏仪具有 以下特性：
・
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Ｔ Ｄ Ｃ ． ＧＰ Ｘ２能 高 精 度 测 量 短 时 间 间 隔 ， 广 泛 应 用
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tdc芯片原理
tdc芯片原理TDC芯片原理TDC芯片，即时间数字转换器芯片（Time-to-Digital Converter），是一种用于测量时间间隔的集成电路。
它可以将时间间隔转换为数字信号，广泛应用于各种领域，如雷达测距、粒子物理实验、光学测量等。
TDC芯片的基本原理是利用时钟信号和输入信号的边沿进行计数。
当输入信号的边沿触发时，TDC芯片开始计数，直到时钟信号的边沿触发。
通过测量两个边沿之间的时间差，TDC芯片可以精确地计算出输入信号的时间间隔。
TDC芯片的设计和实现需要考虑多个因素。
首先是时钟信号的稳定性和精度。
时钟信号的稳定性直接影响到TDC芯片计数的准确性，因此需要选择高质量的时钟源。
其次是输入信号的采样率。
为了能够准确测量时间间隔，需要确保输入信号的采样率足够高，以避免漏计或计数误差。
此外，TDC芯片还需要考虑功耗和尺寸等因素，以满足各种应用场景的需求。
TDC芯片的应用非常广泛。
在雷达测距中，TDC芯片可以利用微波或激光信号的往返时间来测量目标物体的距离。
在粒子物理实验中，TDC芯片可以用于测量粒子的飞行时间，从而推断其能量和速度等性质。
在光学测量中，TDC芯片可以用于测量光信号的传播时间，从而实现光纤通信和光学测距等应用。
除了基本的时间测量功能，TDC芯片还可以通过一些特殊的设计和算法来实现更多的功能。
例如，可以通过多通道设计来实现多路测量，从而提高系统的测量精度和并行处理能力。
还可以通过计数器的重置和累加来实现更大范围的时间测量。
此外，还可以通过数字信号处理和校准技术来提高测量的准确性和稳定性。
TDC芯片是一种重要的测量工具，具有高精度、高稳定性和高灵活性等特点。
它在各种应用中发挥着重要作用，并且不断地得到改进和创新。
随着科学技术的不断发展，TDC芯片将会在更多领域得到广泛应用，为人们带来更多的便利和创新。
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。
dtof核心技术参数
dtof核心技术参数
DTOF（Direct Time-of-Flight）是一种直接测量飞行时间的技术，主要用于深度测量。
以下是DTOF的核心技术参数：
1. 光源：DTOF使用VCSEL（垂直腔面发射激光器）作为光源，向场景中发射脉冲波。
2. 接收器：单光子雪崩二极管（SPAD）是DTOF的核心组件之一，具有单光子探测能力。
只要有微弱的光信号，它就能产生电流。
3. 时间数字转换器（TDC）：TDC能够记录每次接收到的光信号的飞行时间，即发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔。
4. 计算方法：DTOF通过测量飞行时间Δt，计算出与反射物体之间的距离d，计算公式为d=cΔt/2，其中c指光在介质中的速度。
5. 测量精度：DTOF的测量精度与光信号的飞行时间测量精度直接相关，因此需要高精度的时间数字转换器来提高测量精度。
6. 帧率：DTOF可以在单帧测量时间内发射和接收N次光信号，然后对记录的N次飞行时间做直方图统计。
帧率越高，深度测量的速度越快。
7. 视场角：DTOF的视场角取决于其光学系统和扫描方式的设计。
视场角越大，能够测量的场景范围越广。
8. 分辨率：DTOF的分辨率取决于其像素大小和光学系统的设计。
分辨率越高，深度测量的细节越丰富。
9. 功耗：DTOF的功耗主要取决于其工作方式和硬件配置。
在保证性能的前提下，降低功耗有助于延长设备的使用时间。
以上参数的具体数值会根据不同的应用需求和设备配置而有所不同。
如需了解更多信息，建议查阅DTOF技术应用领域的专业书籍或咨询专业人士。
芯片tdc
芯片tdc
TDC1000是一款时间数字转换器芯片。
它是一种高速和精密
的时间到数字转换器，用于测量时间间隔和时间差。
TDC1000具有高分辨率和高速度的能力，可以在纳秒级别准确测量时间。
该芯片的主要特点包括：
1. 内置时间到数字转换器和电荷泵电路，可实现高精度时间测量。
2. 支持多种不同类型的测量模式，包括单次测量、连续测量和累积测量等。
3. 可编程的测量范围，可根据应用需求选择不同的量程。
4. 高速数据传输接口，可与微控制器或其他外部设备进行快速数据交换和通信。
5. 低功耗设计，适用于电池供电的移动设备和便携式应用。
6. 内部温度传感器和温度补偿功能，可提供更准确的测量结果。
7. 高度集成的芯片设计，占据较小的封装空间，适合紧凑的电子设备设计。
TDC1000芯片常用于测量和控制系统中，例如医疗设备、工
业自动化、雷达测量、流量计等领域。
它可以应用于各种需要精确测量时间间隔或时间差的场景，提供高度可靠的数据支持。
tdc原理
tdc原理TDC原理：时间数字转换器TDC（Time-to-Digital Converter）即时间数字转换器，是一种将时间信号转换为数字信号的电子器件。
TDC的原理是基于时间测量和计数的技术，它可以精确地测量和记录事件或信号之间的时间差。
在众多应用领域中，TDC发挥着重要的作用，例如雷达测距、粒子物理实验、医学成像等。
TDC的基本工作原理是通过计算时间信号的到达时间和参考时间之间的差值来实现精确的时间测量。
它通常由时钟源、时间测量电路和数字处理器组成。
TDC会使用一个稳定的时钟源作为参考时间基准。
当时间信号到达TDC时，它会与参考时间进行比较，然后记录下两者之间的时间差。
这个时间差可以通过多种方式进行测量，其中一种常用的方法是使用一个计数器来记录时钟脉冲的数量。
TDC的关键部分是时间测量电路。
它通常由一个或多个延迟线和一个比较器组成。
延迟线用于延迟时间信号，使其与参考时间对齐，而比较器则用于检测延迟后的时间信号与参考时间的关系。
当时间信号到达时，比较器会发出一个脉冲信号，并将计数器的值锁定，以记录下时间差。
在数字处理器的帮助下，TDC可以将记录的时间差转换为数字信号，以便更好地理解和分析。
数字处理器可以对时间差进行进一步处理，例如进行单位转换、平均等操作，以得到更有意义的结果。
TDC的应用领域非常广泛。
在雷达测距中，TDC可以精确测量雷达信号发射和接收之间的时间差，从而计算出目标物体的距离。
在粒子物理实验中，TDC可以测量粒子之间的时间差，帮助科学家研究粒子的性质和相互作用。
在医学成像中，TDC可以精确测量射线通过人体组织所需的时间，从而生成高质量的影像。
TDC的优点是精度高、测量范围宽、响应速度快。
它可以实现亚纳秒级的时间测量，适用于各种高精度的应用场景。
此外，TDC的体积小、功耗低，易于集成到各种电子设备中。
然而，TDC也存在一些限制和挑战。
例如，TDC的精度受到时钟源稳定性和延迟线的影响，需要在设计和制造过程中加以注意。
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。
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。
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。
tdc芯片
tdc芯片TDC芯片，即时间数字转换器芯片，是一种用于测量时间间隔的集成电路。
TDC芯片用于各种应用中，包括科学实验、工业自动化、医疗设备和通信系统等。
它的核心功能是测量两个事件之间的时间间隔，并将其转换为数字输出信号。
TDC芯片通常由时钟模块、计数器和控制逻辑电路等功能模块组成。
时钟模块提供高精度的时钟信号，作为计算时间间隔的基准。
计数器用于测量两个事件之间的脉冲数，通过控制逻辑电路可以将这些脉冲数转换为数字输出信号。
TDC芯片的主要优点是高精度和高速度。
它可以实现纳秒级的时间测量，并且具有很高的数据处理能力。
与传统的模拟测量方法相比，TDC芯片具有更高的稳定性和可靠性。
此外，TDC芯片还具有一些特殊功能，如多通道测量和时间对齐等，使其适用于不同的应用场景。
在科学实验中，TDC芯片被广泛用于测量粒子的飞行时间、光子的到达时间以及原子钟的频率稳定性等。
它可以提供高精度的时间测量结果，并且可以与其他仪器和设备进行数据传输和共享。
在工业自动化中，TDC芯片可以用于测量物体的运动速度、位置和运动方向等。
它可以与传感器和执行器等设备进行连接，实现实时的物体跟踪和控制。
在医疗设备中，TDC芯片可以用于测量心率、血液流速和呼吸频率等生理参数。
它可以帮助医疗人员进行疾病诊断和治疗，并提供准确的监测结果。
在通信系统中，TDC芯片可以用于测量信号的传输延迟和时钟同步。
它可以准确地判断信号的到达时间，以及不同设备之间的时间差异。
这对于实现高速、可靠的数据传输至关重要。
总之，TDC芯片是一种非常重要的集成电路，具有广泛的应用前景。
随着科技的发展和需求的增加，TDC芯片的性能和功能将会不断提升，为各个领域的应用带来更多便利和创新。
基于fpga进位链的时间数字转换器设计
摘要I摘要时间数字转换器(Time-to-Digital Converter, TDC)是一种用来测量时间的电路，它将连续的时间信号转换为数字信号，从而实现时间测量的数字化。
它主要的应用包括飞行时间测量(Time-Of Flight, TOF)、正电子成像技术(Positron Emission Tomography, PET)、以及激光、雷达、示波器等多种科学和工程领域。
高精度TDC 电路的设计可分为全定制设计和基于FPGA 的半定制设计两种。
相对于全定制设计(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)设计周期长和开发成本高等问题，基于FPGA 的TDC 电路设计具有灵活性高，开发周期短，成本低以及可移植性高等特点。
因此随着测量精度的要求不断提高以及FPGA 技术的发展，在FPGA 上设计高精度的时间间隔测量电路具有重要研究意义。
本文首先对TDC 的不同的设计方法进行了介绍与比较并综合考虑到Xilinx Virtex-5 FPGA 芯片内部结构和资源，确定了TDC 系统整体设计方案。
采用自顶向下的方式将TDC 主要分成了“粗”计数模块和“细”测量模块分别进行设计，“粗”计数模块由两个分别工作在上升沿和下降沿的普通二进制计数器实现；“细”测量模块都是由抽头延迟链、触发器阵列、温度计编码电路、校准电路构成。
抽头延迟链是由Virtex-5芯片中CARRY4级联而成，通常一个CARRY4可以引出四抽头(CO0, CO1, CO2, CO3），即4个延迟单元，但是CARRY4的超前进位特性引起的温度计码“冒泡”现象会造成编码电路更加复杂以及逻辑资源消耗更多，同时该结构的TDC 系统的积分非线性和微分非线性较大以及会出现“空道”的现象。
本文通过对CARRY4进行了优化设计，即每个CARRY4只引出了两个抽头(CO0, CO3)，从而消除了“冒泡”现象，使得优化后的TDC 编码速度更加的简单、资源消耗的更少。
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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。
3.8.1时间间隔测量方法的分类
时间间隔直接测量方法有脉冲计数法、延迟时间内插法等；间接测量方法有时间电压变换(TDC)、游标时间内插法和脉冲宽度压缩时间内插法等。
“插值法”也称为“内插法”是上述个方法的基础。
因此在介绍了基本的“脉冲计数法”的基础后，先介绍“内插法”，然后再介绍其它方法。
3.8.2脉冲计数法
脉冲计数法是时间间隔测量技术中最基本的方法。
脉冲计数法中的脉冲是指参考时钟信号，参考时钟信号是脉冲计数法测时的时间基准，故又称时基信号。
该方法用时基信号去填充被测时间间隔，通过对时基信号的脉冲计数来量化被测时间间隔。
具体工作原理如下图所示。
在上图中，t0时刻对应被测时间间隔起始时刻，即事件1的上升沿，这里的事件泛指一个被测信号，t2时刻对应被测时间间隔终止时刻，即事件2的上升沿，被测时间间隔τ=t2–t0。
在t0之后，时基信号的第一个上升沿时刻为t1，在t2之后，时基信号的第一个上升沿时刻为t3，脉冲计数法的直接测量对象为时间间
隔τ0=t3–t1，τ0为时基信号周期Tref的整数倍。
脉冲计数法的直接测量结果是一个自然数，这个自然数表征了τ0与Tref的倍数关系，给出了被测时间间隔的定量表示。
但是由于被测信号与时基信号没有同步关系，在用时基信号填充被测时间间隔的过程中存在随机误差，误差为Δτ=τ0–τ=t3–t1–t2+t0=T1–T0，–Tref≤T1–T0≤Tref。
从脉冲计数法的误差公式可以看出，这种测量方法的最大误差等于时基信号的周期，分辨率为时基信号的周期。
为了提高脉冲计数法的测时分辨率，需要提高时基信号的频率，但过高的时基信号的频率会导致电路设计困难。
此外该频率也不可无限度的提高。
3.8.3内插测时法
在时间间隔的测量过程中，当脉冲计数法的分辨率不能满足要求时，人们开始着眼于其它方法，其中时间内插方法是提高时间分辨率的有效手段。
时间内插是在低分辨时基的基础上，获取高分辨率的一种测时技术。
时间内插的测量分辨率比时基周期小，如下图所示，T0是被测事件信号上升沿与时基信号上升沿之间的时间间隔，T1是事件信号下降沿与时基信号上升沿之间的时间间隔，T0和T1是时间内插的测量对象。
通过时间内插，可以将T0和T1这些小于时基周期的微小时间间隔进一步量化。
图中下部是T0和T1的放大示意图，箭头代表进一步量化的刻度。
精确地时间应为：
T = n x Tc + T0 – T1
从图中可以看出，精确时间间隔的测量编程变成两个微小时间间隔的测量问题。
下面介绍各种微小时间间隔的测量方法。
3.8.4时间间隔扩展法（模拟方法）
3.8.5时间-幅度转换法（模拟方法）
3.8.6游标法
3.8.7抽头延时线法
3.8.8差分延时线法
3.8.9高精度时间测量芯片TDC-GP2
德国ACAM公司生产的一款通用型TDC芯片。
其内部结构如下图所示：
TDC- GP2 内部主要由脉冲产生器、数据处理单元、时间数字转换器、温度测量单元、时钟控制单元、配置寄存器以及与单片机相接的SPI接口组成。
在
实际应用中由于TDC- GP2 功耗很低, TDC- GP2 的工作电压: 输入输出电压为～, 核电压为～, 所以可以采用电池供电, 使用方便。
同时和单片机由 4 线的SPI相连, 可以把TDC- GP2 作为单片机的一个外围设备来操作。
功能原理
TDC- GP2 是基于内部的模拟电路测量“传输延时”来进行的, 数字TDC 是以信号通过内部门电路的传播延迟来进行高精度时间间隔测量的。
(1)测量范围1
测量范围1具有以下特点：两个stop通道共用一个star通道, 每个通道的典型分辨率65ps，每个s top 通道都可以进行4 次采样。
15ns 间隔脉冲对的分辨能力, 测量范围为～μs，每个通道都可以选择上升沿或下降沿触发。
ENABLE 引脚提供强大的停止信号产生功能, 可测量任意两个信号之间的时差。
数字TDC 是以信号通过内部门电路的传播延迟来进行高精度时间间隔测量的。
下图显示了这种测量绝对时间的TDC的主要构架。
芯片上的智能电路结构、冗余电路和特殊的布线方法使得芯片可以精确地记下信号通过门电路的个数。
芯片的最大测量精度基本上由芯片内部门电路的最大传播延迟时间决定。
(2)测量范围2
测量范围2具有特点为：只有一个Stop通道对应Start 通道, 典型的分辨率为65ps , 有3次采样能力。
测量范围：2×Tref～4ms 间隔脉冲对的分辨率为2xTref, 可选上升/下降沿触发。
ENABLE 引脚提供强大的停止信号产生功能。
在测量范围 2 中采用前置配器来扩展可测量的最大时间间隔, 分辨率保持不变。
在此模式下, TDC 的高速单元并不测量整个时间间隔, 仅仅测量从START 和STOP 到相邻的基准时钟上升沿之间的间隔时间( fine- counts )。
在两次精密测量之间, TDC记下基准时钟的周期数( coars e- count)。
测量单元由START信号
触发, 接收到STOP 信号停止。
由环形振荡器的位置和粗值计数器的计数值可以计算出START信号和STOP 信号之间时间间隔, 测量范围可达26 位。
3.8.10应用举例
1．反射式脉冲激光测距
本实例实现了1m 到100m 之内的精确测距, 精度达到了1cm, 按键按一次测量一次距离, 可以连续测量, 并将测量结果在LCD 上显示出来。
由于脉冲激光发射器的功率决定了测量距离, 同时, 在接收反射回来的脉冲激光时有干扰信号, 因此脉冲激光发射接收系统的好坏直接决定了系统的工作性能。
如何排除接收脉冲激光的干扰信号也是非常关键的。
2．GPS接收机授时性能测试。