基于声表面滤波器(SAWF)实现2ps分辨率TDC设计

本文采用基于声表面滤波器(SAWF)，将输入的测量信号经过窄脉冲处理后，通过SAWF的输出激励响应信号作为时间内插信号，起到时间拉伸的作用，进而可将单次测量转换为多次测量，经过高速AD采样后，对采样后的样本数据进行存储并传输至计算机，最终结合三次样条插值和二次相关算法，对原始响应与重建响应间的时间间隔进行估算，经算法计算，最终实现了分辨率为2ps和RMS为2.5ps左右的高精度时间间隔测量。

1 SAWF测量原理

基于声表面滤波器(SAWF)来实现皮秒级时间间隔测量，其系统测量原理为首先通过一个高稳信号源输入周期性的脉冲或者方波信号，经窄脉冲单边捕获模块生成可快速相应的周期性窄脉冲。然后借助SAWF的冲激响应，用代表事件发生的窄脉冲信号激励SAWF,可在SAWF的输出端获得周期性的激励输出响应，该响应是在其窄频带外具有高度抑制谱的有限响应幅度包络信号。然后，通过 ADC 在量化时钟周期处进行样本采集时，可经过周期性的固定延时，对输出激励响应的信号沿进行多周期采样。待这些多周期样本的输出激励响应都消失后，对它们进行时域精确重建。利用 FPGA 芯片设计的数据采集系统，对样本数据进行存储并传输至计算机，最终结合二次相关算法，对原始响应与重建响应间的时间间隔进行估算，所有的算法实现可被集成在数字信号处理过程中。

图 1基于SAWF的高精度时间间隔测量系统设计。其中ÿ