TDC综述(一)——基于FPGA的TDC概述

1.1 高精度时间数字转换器概述(TDC)

• TDC常被用于测量时间间隔，广泛应用于物理研究、飞行时间测量领域等。虽然分辨率是一个重要的参数，但TDC非线性将直接影响整个系统的精度。此外，全数字锁相环（PLL）、频率发生器、光检测和测距（激光雷达）系统等应用要求每秒多次测量，以提高其可靠性。因此，在现代TDC体系结构中，不仅要提高TDC的分辨率，而且要提高TDC的线性和采样率。在选择架构时，功耗和资源利用也是重要的因素，因为现代应用领域常常是要求多通道并行测量。目前的竞争市场增加了对较低开发时间和快速原型的需求，这可以通过使用现场可编程门阵列（FPGA）来解决。在过去的几年里，FPGA技术一直在表现出巨大的进步，从制造工艺和技术到增强现有的开发工具。这使得FPGA能够在性能上缩小与应用集成电路（ASIC）[1]-[3]的差距。因此，基于FPGA的系统开始集成到最终产品[4]中，使FPGA不再是一个只有原型的平台。这导致越来越多的研究探索FPGA的体系结构来实现TDC系统。
• 尽管如此，基于ASIC和FPGA的TDC系统之间仍然有明显的区别。
• 大多数关于基于FPGA的TDC的研究工作都提出了TDC作为系统应用的一部分。研究的重点是应用本身，将TDC作为一个子系统，应用领域通常按分辨率和采样率分类。在这种情况下，TDC设计方法将根据要测量的时间间隔的特点进行。主要的努力是解决不同系统的部分是如何集成的。当研究集中在TDC上时，无论应用如何，主要的目标是提高TDC的线性和分辨率，主要采用统计法标定各个BIN以量化转化曲线线性度。在ASIC实现上，没有这样明确的区别。即使TDC针对一个特定的应用场景，由于TDC体系结构及其构建单元是定制的&#x