CN103616813A - 实时多通道并行通用计时测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时多通道并行通用计时测量系统。包括ARMSTM32系列微处理器、多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）、开始/停止信号输入接口阵列、数字/模拟切换开关阵列、多路自动增益控制（AGC）放大电路、多路高速比较电路、触摸式液晶屏、外部存储器、温度传感器和上位计算机。本发明实现多通道同时并行计时，实时性好；同时支持模拟和数字，单端和差分多种类型信号输入，适用范围广；具有导线长度补偿、多片TDC-GPX芯片通道一致性校正和温度补偿，精度高；一个微处理器控制1~4片TDC-GPX构成一个基本测量单元，需更多通道则堆叠使用多个基本测量单元，结构紧凑，扩展性强；基于LabView的上位机软件简化了图形化监控、显示应用程序开发难度。

Description

实时多通道并行通用计时测量系统

技术领域

本发明涉及多路并行高精度时间间隔测量技术,即多路并行高精度计时技术，特别是一种实时多通道并行通用计时测量系统。

背景技术

TDC（时间数字转换）技术主要应用在超声波流量计，超声波热表，密度测量，激光测距仪，激光扫描仪，磁致伸缩定位仪，TOF（飞行时间）光谱分析，TOF测量和生物医学技术等。作为世界上低功耗、小体积TDC应用技术的芯片提供商德国acam公司，推出了三个系列TDC产品，分别为：TDC-GP1，TDC-GP2和TDC-GPX，其中TDC-GPX是该系列产品中功能最强大的。

中国专利说明书“基于TDC-GP2的油田石油流量测量系统”(专利号：CN202648717U)， “一种基于TDC技术的激光测距装置”(专利号：CN202182717U)， “一种基于TDC-GP2芯片的GPS频标锁定时间间隔测量系统”(专利号：CN202257088U)， “基于TDC计时器的高精度位置信号检测装置”(专利号：CN202229774U)，都公开了只有两个测量通道的TDC-GP2系列产品应用技术和装置，这些专利的不足之处在于：(1)都是基于特定应用的，没有通用性；(2)当应用需要更多通道同时工作时，扩展非常困难；(3)开始信号和停止信号都只支持数字信号；(4)测量数据是通过SPI（串行外设接口）总线读出，很难满足实时应用场合；(5)所提及的精度只是TDC-GP2芯片本身的精度,并没有给出所发明装置的整体精度；(6)对精度补偿问题虽然提出了通过多次测量求平均的方法，但这种方法无法适应实时测量和运动平台搭载的测量装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述时间间隔测量装置中存在的问题，提供一种既能多通道并行测量，且支持多种类型信号输入，具有精度高、实时性好、结构紧凑、易于扩展、上位机软件可定制特点的通用计时测量系统。

本发明是这样实现的：实时多通道并行通用计时测量系统由1个或多个基本测量单元构成，每个基本测量单元包括：ARM STM32系列微处理器、多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）、开始/停止信号输入接口阵列、数字/模拟切换开关阵列、多路自动增益控制（AGC）放大电路、多路高速比较电路、触摸式液晶屏、外部存储器、温度传感器和上位计算机。ARM STM32系列微处理器分别与多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）、触摸式液晶屏、外部存储器、温度传感器和上位计算机连接；开始/停止信号输入接口阵列与数字/模拟切换开关阵列连接；数字/模拟切换开关阵列的数字输出连接多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片），其模拟输出连接多路自动增益控制放大电路；多路高速比较电路分别与多路自动增益控制（AGC）放大电路和多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）相连。

多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片），用于测量从接收到起始信号至收到停止信号的间隔时间，单端输入时，每片最多可同时测量8个通道，分辨率为81ps，差分输入时，每片最多测量2个通道，分辨率为10ps，且测量结果是由28位数据总线并行输出；

ARM STM32系列微处理器，用于配置和控制K（1≤K≤4）片所述的TDC-GPX芯片执行测量任务，读取、上传测量数据。

上位计算机，通过全速通用串行总线（USB）接口或通用异步串行口（UART）与ARM STM32系列微处理器通信；上位机软件基于LabView平台开发，并通过全速USB接口或UART串口配置测量相关参数，控制测量过程，实时显示测量数据，还能按用户要求定制工作界面和其它功能。

温度传感器，用于测量本系统工作环境温度，为温度补偿提供依据。

外部存储器，使用非易失Flash（闪速）存储器，用于存储测量数据、各通道导线长度补偿值、一致性校正值和温度补偿值。

开始/停止信号输入接口阵列，用于输入模拟或数字的开始信号和停止信号，这样设计可减少信号输入端口数量，所述的输入阵列支持单端和差分电压信号输入，支持K（1≤K≤4）路开始信号。单端输入时支持K路各自独立的开始信号和K×8路停止信号，且每8路停止信号对应1路开始信号，即单端输入时最大支持4路开始信号和32路停止信号。差分输入时支持K路各自独立的开始信号和K×2路停止信号，且每2路停止信号对应1路开始信号，即差分输入时最大支持4路开始信号和8路停止信号。

数字/模拟切换开关阵列，根据开始/停止信号输入接口阵列输入的开始信号和停止信号是数字信号还是模拟信号，决定各切换开关所拨的位置，用于指引各输入信号在印刷电路板（PCB）上的走向。

多路自动增益控制（AGC）放大电路，用于将输入的不同幅度模拟脉冲电压信号调整为幅值和形状趋于一致的脉冲电压信号输出到多路高数比较电路。

多路高速比较电路，用于将所述的多路AGC放大电路输出的模拟脉冲电压信号转换为数字信号，该数字信号作为停止脉冲输入到TDC-GPX芯片。

触摸式液晶屏，可以触摸操作，用于配置测量参数和显示测量结果，适用于无上位计算机的测量场合。

本发明还提出一种在所述的ARM STM32系列微处理器编制测量程序的方法，包括以下步骤：

       （1）对ARM STM32系列微处理器进行初始化。

       （2）根据上位机软件下发的或从所述的触摸式液晶屏输入的配置信息由所述的ARM STM32系列微处理器对PCB板上的硬件初始化，尤其是对K（1≤K≤4）片TDC-GPX芯片的初始化。

       （3）ARM STM32系列微处理器进入事件循环，等待发生的事件触发相应中断，尤其是TDC-GPX发出的请求读取测量数据的中断事件。

       （4）发生的事件触发中断后，ARM STM32系列微处理器从事件循环跳到处理相应事件的中断服务程序入口。

       （5）ARM STM32系列微处理器执行所发生事件对应的中断处理程序，尤其是读取K片TDC-GPX芯片输出的时间间隔测量结果，与上位计算机通信或在触摸式液晶屏上进行显示。

       （6）执行完事件对应的中断服务程序后，ARM STM32系列微处理器返回事件循环，等待下一个事件发生。

       （7）如果出现多个事件同时发生，ARM STM32系列微处理器将按照初始化时确定的优先级依次处理每个事件，直到处理完同时发生的所有事件，然后返回事件循环。       

本发明的优点在于：

1）  采用多片TDC-GPX实现了多通道同时并行测量时间间隔，实时性好，还能够适合运动平台搭载。

2）  同时支持模拟信号和数字信号输入，还支持单端输入和差分输入，适用范围广泛。

3） 具有信号线长度误差补偿，TDC-GPX芯片温度补偿，还能进行多片TDC-GPX所有通道一致性校正，保证了测量结果的高精度。本发明的测量系统在正常工作条件下整机精度在单端输入时，达到167ps，差分输入时，达到26ps。 

4） 一个ARM STM32系列微处理器和1~4片TDC-GPX芯片制作在同一块PCB板上，构成一个基本测量单元，将多个所述的基本测量单元堆叠在一起使用就可获得更多的测量通道，因此结构紧凑，扩展方便。

5） 上位机软件基于LabView平台开发，极大简化了图形化程序开发难度，可以方便、快捷地为用户定制所需的实时监控与显示界面，也可以公开通信协议允许用户自行设计基于LabView的上位机图形化软件。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其它特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1  为本发明实时多通道并行通用计时测量系统结构示意图。

图2  为本发明基本测量单元结构示意图。

图中标记：201-ARM STM32系列微处理器；202-多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）；203-开始/停止信号输入接口阵列；204-数字/模拟切换开关阵列；205-多路自动增益控制（AGC）放大电路；206-多路高速比较电路；207-触摸式液晶屏；208-外部存储器；209-温度传感器；210-上位计算机。

图3 为本发明实施例ARM STM32系列微处理器和多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）的硬件连接图。

图中标记：201-ARM STM32系列微处理器（微处理器STM32F103ZET6）；202-多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）；204-数字/模拟切换开关阵列； 206-多路高速比较电路。

图4  为本发明实施例测量主程序工作流程图。

图5  为本发明实施例IrFlag中断程序工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

实施例：

本实施例的实时多通道并行通用计时测量系统用于实现8×8 APD（雪崩光电二极管）面阵激光雷达系统的64路激光飞行时间的测量，开始信号是从所发射的脉冲激光中取样并经光电转换、处理后产生的一个数字信号，停止信号则是激光照射目标产生的后向散射回波经8×8 APD面阵探测器光电转换并处理后输出的64路模拟电压信号。所述的面阵激光雷达系统装载在运动平台上，本实施例需要同时使用2个32通道的实时多通道通用计时基本测量单元。

图1为本发明的系统结构示意图，本实施例包含2个基本测量单元，即基本测量单元1和基本测量单元2。图2为本实施例的基本测量单元结构示意图，包括：ARM STM32系列微处理器201、多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）202、开始/停止信号输入接口阵列203、数字/模拟切换开关阵列204、多路自动增益控制（AGC）放大电路205、多路高速比较电路206、触摸式液晶屏207、外部存储器208、温度传感器209和上位计算机210。ARM STM32系列微处理器201分别与多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）202、触摸式液晶屏207、外部存储器208、温度传感器209和上位计算机210连接；开始/停止信号输入接口阵列203连接数字/模拟切换开关阵列204；数字/模拟切换开关阵列204分别与多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）202和多路自动增益控制（AGC）放大电路205连接；多路高速比较电路206分别与多路自动增益控制（AGC）放大电路205和多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）202相连。

图3为图2中ARM STM32系列微处理器201和多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）202在本实施例中的硬件连接图。本实施例中ARM STM32系列微处理器201采用微处理器STM32F103ZET6，多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）202采用4片TDC-GPX芯片，即TDC-GPX1 ~ TDC-GPX4。输入到TDC-GPX1 ~ TDC-GPX4中的信号‘1’，‘8’表示单端输入时能够输入1路开始信号和8路停止信号，‘2’，‘4’表示差分输入时能够输入1路差分开始信号和2路差分停止信号；微处理器STM32F103ZET6与4片TDC-GPX芯片的硬件连线包括：28位数据总线D0~D27，4位地址总线Addr0~Addr3，读写控制线RD和WR，停止信号输入使能线StopDis1~4，上述信号线均由4片TDC-GPX共用。4片TDC-GPX分别连接到微处理器STM32F103ZET6输入/输出（I/O）口的信号包括复位信号1-PuResN～4-PuResN，主复位信号1-Alutrigger～4-Alutrigger，片选信号1-CSN～4-CSN，外部中断线1-IrFlag～4-IrFlag，IFIFO0（接口先进先出缓冲区0）空标志1-EF1～4-EF1，IFIFO1（接口先进先出缓冲区1）空标志1-EF2～4-EF2。

微处理器STM32F103ZET6 201，是ARM Cortex-M3架构的一款性价比很高的微处理器，有112个I/O，16个外部中断，支持多种通信接口包括UART，USB，SPI等，512K内部程序存储器，64K片内RAM。 

4片TDC-GPX芯片，采用德国acam公司利用数字化延迟线插入技术生产的高精度计时芯片，单端输入支持8通道并行计时，分辨率81ps，差分输入支持2通道并行计时，分辨率最高达到10ps。

开始/停止信号输入接口阵列203，用于输入模拟或数字的开始信号和停止信号，使本装置既可适用于数字信号输入，又可适用于模拟电压信号输入，从而减少了信号输入端口数量。本实施例中所有的停止信号均为模拟信号，且同时使用2个基本测量单元，每个基本测量单元均输入32路停止信号，共输入64路停止信号。本实施例的开始信号为数字信号，同时使用的2个基本测量单元的开始信号都来自发射激光中取样并转换获得的数字信号。

数字/模拟切换开关阵列204，根据开始/停止信号输入接口阵列输入的开始信号和停止信号是数字信号还是模拟信号，决定各切换开关所拨的位置。

多路AGC放大电路205，进入8×8 APD面阵探测器的激光回波信号经光电转换和处理后成为输入本测量系统的64路模拟电压信号，该64路模拟电压信号的幅值与产生激光回波的目标到8×8 APD面阵探测器的距离平方成反比，因此具有较大的动态范围，为了保证测量精度，多路AGC 放大电路能够对每一路模拟电压输入信号进行自动增益放大，使输出的64路电压信号基本不随距离变化，而且AGC 放大电路还能将输入的64路模拟电压信号调整到合适的电平范围，以使下一级的多路高速比较电路可以输出正确电平。本实施例中AGC放大器采用ADI公司单端输入单端输出的通用型低成本、低噪声、宽带宽、低功耗的AD8337可调增益放大器，其增益控制电压Vg与输出信号大小成反比，可实现增益自动控制功能。

多路高速比较电路206，用于将所述的多路AGC 放大电路205输出的64路模拟电压信号转换为TDC-GPX所需的64路LVTTL数字电压信号，本实施例采用单端输入单端输出的比较器LMV7219。

触摸式液晶屏207，对于不使用上位机的测量场合，使用该触摸液晶屏对本测量系统进行配置和显示测量结果。

外部存储器208，用于存储测量数据和各通道导线长度补偿值、一致性校正值和温度补偿值，采用非易失的SD卡（安全数码卡）存储，使用SPI（串行外设接口）总线对其进行读写操作。

温度传感器209，定时获取测量系统所处的环境温度，用于对测量数据进行温度补偿。

上位计算机210，用于与微处理器STM32F103ZET6 201通信，并显示测量结果。本实施例中两个基本测量单元各用一个UART进行互连，第一个基本测量单元的测量数据由UART通信口发送给第二个基本测量单元，第二个基本测量单元将本单元测量数据和第一个测量单元的测量数据复用后由另一个UART接口上传至上位计算机，上传波特率为115200 bps（每秒比特）；上位计算机软件基于LabView开发，极大简化了图形化程序开发难度，可以方便、快捷地为用户定制所需的实时监控与显示界面，也可以公开通信协议允许用户设计基于LabView的上位机图形化软件。

所述的外部存储器208，不仅存储测量数据，还存储精度补偿数据。精度补偿内容和方法包括：

PCB板上传输开始信号和停止信号的导线长度补偿，由于每厘米的铜导线会引起几十皮秒的传输延迟，因此在高精度计时，导线长度误差必须考虑，本实施例采用两种解决办法，1）在PCB布线时严格保证所有停止信号线长度相等，所有开始信号线长度相等，且在同一布线层，对于差分输入信号这一要求必须达到，对于单端输入信号则尽可能满足。2）测量导线实际长度，并将其补偿到各通道计时数值中。这种方法适用于下述两种情况：①单端输入时停止信号较多，如本实施例中所述的每个基本测量单元都要输入32路停止信号，很难保证PCB板上所有停止信号导线长度相同；②开始信号或停止信号的外部接入线不能保证长度相等。

多片所述的TDC-GPX芯片一致性校正，本实施例使用两个基本测量单元，共8片TDC-GPX，受制造工艺限制，8片TDC-GPX并不能保证所有通道的一致性。本实施例采用斯坦福研究系统公司生产的数字延迟/脉冲发生器DG645作为信号源对所有测量通道都进行了一致性校正。

TDC-GPX温度补偿值，由于TDC-GPX测量精度与温度有关，TDC-GPX生产厂家已提供了测量精度与温度的关系，本实施例已将不同温度下的温度补偿值存入了所述的外部存储器208中。

本实施例也把所述的导线长度补偿值和所述的8片TDC-GPX所有通道一致性校正值存入所述的外部存储器208的固定区域，各通道测量数据只需加上该通道对应的导线长度补偿值、一致性校正值和所述的不同温度下的温度补偿值即成为补偿后的时间测量结果，所述的补偿值和校正值在图4中步骤S402读入内存，然后在图5中步骤S504和步骤S507使用。

图4为本实施例测量主程序工作流程图，该程序运行在微处理器STM32F103ZET6 201上，下面结合图3及图4说明测量主程序工作流程，该流程图开始于步骤S401。

在步骤S402，微处理器STM32F103ZET6 201初始化，其中包括：

时钟初始化，本实施例使用8MHz外部时钟倍频产生72MHz系统时钟。

I/O初始化，主要配置与4片TDC-GPX（图3中TDC-GPX1~TDC-GPX4）相关的I/O，28位数据总线D0-D27支持双向操作，4位地址总线Addr0-Addr3配置为输出，读写控制线RD和WR配置为输出，停止信号输入使能线StopDis1-4配置为输出，上述信号线均由4片TDC-GPX共用。1-PuResN～4-PuResN，1-Alutrigger～4-Alutrigger，1-CSN～4-CSN分别为4片TDC-GPX的复位，主复位，片选信号，均配置为输出；1-IrFlag～4-IrFlag，1-EF1～4-EF1，1-EF2～4-EF2分别为4片TDC-GPX的中断线，IFIFO0空，IFIFO1空的使能线，均配置为输入。

DMA初始化，包括设置外设地址、设置DMA通道配置信息、设置存储器地址和设置传输数据量，本步骤中仅设置前面两项，后面两项将在步骤S508中设置，外设地址设置为微处理器STM32F103ZET6 201 的USART1，DMA通道配置为通道4，数据位宽为8，采用循环缓冲区模式。

通信口初始化，配置通信口相关寄存器，本实施例采用UART与上位机通信，波特率设置为115200bps。

中断初始化，用于初始化UART中断，SPI中断，IrFlag外部中断，DMA中断。

延时初始化，配置延时函数，以供调用。

从外部存储器208对应的区域分别读取各通道导线长度补偿值、一致性校正值和温度补偿值到内存，用于对测量数据进行补偿。

在步骤S403，配置4片TDC-GPX，通过清零1-PuResN～4-PuResN复位4片TDC-GPX；通过对每片TDC-GPX的StopDis1~4置1禁止停止信号输入；配置4片TDC-GPX内部相关寄存器确定其工作方式，本实施例配置的工作方式为：I模式，根据开始、停止信号的特性选择触发方式为上升沿或下降沿触发，Mtimer定时到则触发IrFlag中断；然后再对每片TDC-GPX的StopDis1~4的4个引脚清零，从而使能停止信号输入，TDC-GPX进入准备计时状态。

在步骤S404，测量程序进入事件循环，该循环永不返回，这是因为主程序按事件触发模式设计。

在步骤S405，等待事件发生，如果没有事件发生，程序反复执行步骤S405。

在步骤S406，如果有事件发生，程序就会跳转到与事件对应的中断程序入口，执行事件处理中断服务程序，然后回到步骤S405等待下一个事件发生。本实施例主要处理的事件是TDC-GPX发出的请求读取测量数据的中断事件，以及利用DMA的UART数据传输事件。

图5为本实施例IrFlag中断程序工作流程图，IrFlag中断是TDC-GPX执行测量后输出的中断触发信号，用于告知微处理器STM32F103ZET6 201到数据总线 D0～D27上读取时间间隔测量数据，4片TDC-GPX共有4个IrFlag信号（图3中 1-IrFlag，2-IrFlag，3-IrFlag，4-IrFlag），已配置成为微处理器STM32F103ZET6 201的4个外部中断源。4片TDC-GPX共有4个IrFlag中断服务程序，4个中断服务程序功能完全相似，均按照图5所示流程执行。该流程图开始于步骤S501。

在步骤S502，判断EF1信号是否为0，如果EF1=1，表示TDC-GPX的IFIFO0（IFIFO0 为TDC-GPX存储 1-4通道测量结果的先进先出缓冲区）为空，即：没有测量数据，流程转入步骤S505。如果EF1=0，流程进入步骤S503。

在步骤S503，微处理器STM32F103ZET6 201 从数据总线D0～D27上读取来自IFIFO0的1～4通道测量结果。

在步骤S504，微处理器STM32F103ZET6 201 将读取的测量数据加上所述的导线长度补偿值、通道一致性校正值和温度补偿值得到的补偿后的时间测量结果，写入其内存中为当前TDC-GPX开辟的4K字节循环FIFO中，微处理器STM32F103ZET6 201在内存中为 4片TDC-GPX各开辟一个4K字节循环FIFO。使用循环FIFO数据结构的好处在于：当FIFO全部写满时，新读取的测量数据会自动刷新最先写入的且已过时的旧数据，这样所开辟的4K字节FIFO就可以自动重复使用。

在步骤S505，判断EF2信号是否为0，如果EF2=1，表示TDC-GPX的IFIFO1（IFIFO1 为TDC-GPX存储 5～8通道测量结果的先进先出缓冲区）为空，即：没有测量数据，流程转入步骤S508。如果EF1=0，流程进入步骤S506。

在步骤S506，微处理器STM32F103ZET6 201从数据总线D0～D27上读取来自IFIFO1的5～8通道测量结果。

在步骤S507，微处理器STM32F103ZET6 201 将读取的测量数据加上时间测量补偿值后，写入其内存中开辟的4K字节循环FIFO中。

在步骤S508，首先承接步骤S402设置存储器地址和设置传输数据量，其中存储器地址即为循环FIFO读指针当前指向的地址，传输数据量则由循环FIFO的读、写指针差值确定，然后启动DMA。DMA启动后会自动将循环FIFO中的测量数据送至通信口，通信口收到数据后就自动向上位机发送，发送过程无需微处理器STM32F103ZET6 201参与，数据发送时，微处理器STM32F103ZET6 201可以继续读取其它几片TDC-GPX的测量结果。采用DMA提高了测量系统并行工作能力，保证了测量数据读取和测量数据发送的并发执行。本实施例中微处理器STM32F103ZET6 201使用UART口上传测量数据到上位机，波特率115200 bps。

在步骤S509，TDC-GPX执行主复位，即对图3中信号Alutrigger置1后再清零，主复位结束后TDC-GPX则开始等待下一轮时间间隔测量。

在步骤S510，IrFlag中断返回，流程结束于步骤S511。

本实施例，上位计算机软件使用NI（National Instrument）公司的图形化编程语言LabView开发，采用数据流方式编程，没有文本代码，开发难度显著降低，并可方便、快捷地为用户定制所需的实时监控、显示界面，以及重建激光照射目标的三维像，也可以公开通信协议允许用户设计基于LabView的上位机图形化软件。

 以上公开的仅为本发明的一个实施例，但本发明并非局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的扩展应视为属于本发明保护范围。

Claims (1)

1.一种实时多通道并行通用计时测量系统，该系统由1个或多个基本测量单元构成，其特征在于每个基本测量单元包括：ARM STM32系列微处理器（201）、多片时间数字转换芯片即TDC-GPX芯片（202）、开始/停止信号输入接口阵列（203）、数字/模拟切换开关阵列（204）、多路自动增益控制即AGC放大电路（205）、多路高速比较电路（206）、触摸式液晶屏（207）、外部存储器（208）、温度传感器（209）和上位计算机（210）；ARM STM32系列微处理器（201）分别与多片时间数字转换芯片即TDC-GPX芯片（202）、触摸式液晶屏（207）、外部存储器（208）、温度传感器（209）和上位计算机（210）连接；开始/停止信号输入接口阵列（203）连接数字/模拟切换开关阵列（204）；数字/模拟切换开关阵列（204）的数字输出连接多片时间数字转换芯片即TDC-GPX芯片（202），其模拟输出连接多路自动增益控制放大电路（205）；多路高速比较电路（206）分别与多路自动增益控制放大电路（205）和多片时间数字转换芯片即TDC-GPX芯片（202）相连；

多片时间数字转换芯片即TDC-GPX芯片（202），用于测量从接收到起始信号至收到停止信号的间隔时间，单端输入时，每片最多可同时测量8个通道，分辨率为81ps， 差分输入时，每片最多测量2个通道，分辨率为10ps，且测量结果是由28位数据总线并行输出；

ARM STM32系列微处理器（201），用于配置和控制K片TDC-GPX芯片执行测量任务，1≤K≤4，读取、上传测量数据；

上位计算机（210），通过全速通用串行总线即USB接口或通用异步串行口即UART与ARM STM32系列微处理器通信；上位机软件基于LabView平台开发，并通过全速USB接口或UART串口配置测量相关参数，控制测量过程，实时显示测量数据，还能按用户要求定制工作界面和其它功能；

温度传感器（209），用于测量本系统工作环境温度，为温度补偿提供依据；

外部存储器（208），使用非易失Flash即闪速存储器，用于存储测量数据、各通道导线长度补偿值、一致性校正值和温度补偿值；

开始/停止信号输入接口阵列（203），用于输入模拟或数字的开始信号和停止信号，支持单端和差分电压信号输入，支持K路开始信号，1≤K≤4；单端输入时支持K路各自独立的开始信号和K×8路停止信号，且每8路停止信号对应1路开始信号，即单端输入时最大支持4路开始信号和32路停止信号；差分输入时支持K路各自独立的开始信号和K×2路停止信号，且每2路停止信号对应1路开始信号，即差分输入时最大支持4路开始信号和8路停止信号；

数字/模拟切换开关阵列（204），根据开始/停止信号输入接口阵列（203）输入的开始信号和停止信号是数字信号还是模拟信号，决定各切换开关所拨的位置，用于指引各输入信号在印刷电路板即PCB上的走向；

多路自动增益控制即AGC放大电路（205），用于将输入的不同幅度模拟脉冲电压信号调整为幅值和形状趋于一致的脉冲电压信号输出到多路高数比较电路；

多路高速比较电路（206），用于将所述的AGC放大电路（205）输出的模拟脉冲电压信号转换为数字信号，该数字信号作为停止脉冲输入到TDC-GPX芯片；

触摸式液晶屏（207），能触摸操作，用于配置测量参数和显示测量结果，适用于无上位计算机（210）的测量场合。

Images