CN104216279A - 一种基于fpga的时间间隔测量装置 - Google Patents

一种基于fpga的时间间隔测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104216279A
CN104216279A CN201410489872.9A CN201410489872A CN104216279A CN 104216279 A CN104216279 A CN 104216279A CN 201410489872 A CN201410489872 A CN 201410489872A CN 104216279 A CN104216279 A CN 104216279A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
pulse signal
time interval
counting module
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410489872.9A
Other languages
English (en)
Inventor
侯红朝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XI'AN HONGTAI TIME-FREQUENCY
Original Assignee
XI'AN HONGTAI TIME-FREQUENCY
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XI'AN HONGTAI TIME-FREQUENCY filed Critical XI'AN HONGTAI TIME-FREQUENCY
Priority to CN201410489872.9A priority Critical patent/CN104216279A/zh
Publication of CN104216279A publication Critical patent/CN104216279A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的时间间隔测量装置,包括粗计数模块、细计数模块、运算逻辑模块以及编码解析模块;所述粗计数模块和细计数模块的输入端连接有待测信号的输出端,且该待测信号输出有开始脉冲信号和停止脉冲信号;所述粗计数模块的输出端连接所述运算逻辑模块,所述细计数模块通过编码解析模块连接所述运算逻辑模块,所述运算逻辑模块将粗计数模块送来的粗计数值和编码解析模块送来的细时间信息进行运算,即得到开始脉冲信号和停止脉冲信号之间的时间间隔。本发明采用新的延时链和细时间编码,具有测量精度高、测量范围灵活多变、成本低,应用范围广的优点。

Description

一种基于FPGA的时间间隔测量装置
技术领域
本发明涉及测量领域,具体涉及一种基于FPGA的时间间隔测量装置。
背景技术
时间数字转换器(time-to-digital converter,TDC)可以精确地将事件触发时间数字化,而高精度时间间隔测量技术对国民经济与国防建设意义重大,尤其是皮秒量级的测量技术更为重要。它不仅在原子物理、天文实验、激光测距、定位定时、航天遥测遥控等方面,还在IC(Integrated Circuit)设计中的抖动测量(Jitter Mca—surement)、自动检测设备(Automatic TestEquipment,ATE),以及通信中角度调制信号解调(Demodulation of AngleModulated Signals)和数字示波器(Digital Oscilloscope)等领域有着广泛的应用。
发明内容
为了解决时间间隔测量装置对精度和低成本需求,本发明提供了一种基于FPGA的时间间隔测量装置,该装置是基于FPGA设计的TDC,采用新的延时链和细时间编码,具有测量精度高、测量范围灵活多变、成本低,应用范围广的优点。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种基于FPGA的时间间隔测量装置,包括粗计数模块、细计数模块、运算逻辑模块以及编码解析模块;
所述粗计数模块和细计数模块的输入端连接有待测信号的输出端,且该待测信号输出有开始脉冲信号和停止脉冲信号;
所述粗计数模块的输出端连接所述运算逻辑模块,所述细计数模块通过编码解析模块连接所述运算逻辑模块,
所述运算逻辑模块将粗计数模块送来的粗计数值和编码解析模块送来的细时间信息进行运算,即得到开始脉冲信号和停止脉冲信号之间的时间间隔。
在本发明的一个优选实施例中,所述运算逻辑模块将所述粗计数值与所述细时间信息进行加法运算。
在本发明的一个优选实施例中,所述粗计数模块检测到开始脉冲信号的上升沿后就开始计数,等到检测到停止脉冲信号就停止计数,计算开始脉冲信号和停止脉冲信号之间的时间间隔,该时间间隔作为粗计数值送到运算模块逻辑模块中。
在本发明的一个优选实施例中,所述粗计数模块为计数器。
在本发明的一个优选实施例中,所述细计数模块将开始脉冲信号距离时钟上升沿的时间进行编码编码和停止脉冲信号距离时钟上升沿的时间进行编码,将两者的编码输出到编码解析模块中。
在本发明的一个优选实施例中,所述细计数模块包括若干个延时链单元,各个延时链单元串联起来形成一个较长的延时链,各个延时链单元的末端输出采到的脉冲值。
在本发明的一个优选实施例中,所述细计数模块接收到开始脉冲信号后,在各个延时链单元采样脉冲信息,在时钟上升沿计算延时链单元输出“1”的个数,即开始脉冲信号距离时钟上升沿的时间编码;细计数模块接收到停止脉冲信号后,同样能得到停止脉冲信号距离时钟上升沿的时间编码。
在本发明的一个优选实施例中,所述延时链单元由加法器的进位链构成。
在本发明的一个优选实施例中,所述编码解析模块将细计数模块测量的开始脉冲信号和停止脉冲信号的编码信息相减得到的一个值,再将这个值分段作为地址索引查找出对应的数字,再将这个数字乘以一个延时链单元延时值,就能计算出细时间值。
通过上述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明的细时间的计算采用延时链,而各个延时单元的延时比较均匀,均能达到几十皮秒,而延时链的延时精度决定测量的时间精度,进而测量的时间间隔也能达到此级别;采用新的延时链和细时间编码,具有测量精度高、测量范围灵活多变、成本低,应用范围广的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的测量原理;
图2为本发明的工作原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
延迟线测量原理如图1所示,量化时钟频率为f0,对应的周期T0=1/f0,在待测脉冲上升沿计数器输出计数脉冲个数是M和N;T1,T2为待测脉冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔,则待测脉冲时间间隔Tx为:
Tx=(N-M)·T0+T1-T2
本发明正是利用上述工作原理进行计算,一种高精度的时间间隔测量装置,包括粗计数模块、细计数模块、运算逻辑模块以及编码解析模块;
所述粗计数模块和细计数模块的输入端连接有待测信号的输出端,且该待测信号输出有开始脉冲信号和停止脉冲信号;
所述粗计数模块的输出端连接所述运算逻辑模块,所述细计数模块通过编码解析模块连接所述运算逻辑模块,所述运算逻辑模块将粗计数模块送来的粗计数值和编码解析模块送来的细时间信息进行运算,即得到开始脉冲信号和停止脉冲信号之间的时间间隔。
进一步地,该粗计数模块就是一个计数器,当检测到脉冲开始信号的上升沿后就开始计数,等到检测到脉冲停止信号就停止计数,将脉冲开始信号和停止信号间隔的粗计数值送到运算模块逻辑模块中;
进一步地,该细计数模块内部主要是用加法器的进位链作为延时链单元,各个延时链单元串联起来形成一个较长的延时链,各个延时链单元的末端输出采到的脉冲值。将脉冲开始信号输入到延时链单元,在各个延时链单元采样脉冲信息,在时钟上升沿计算延时链单元输出“1”的个数,这就是脉冲开始信号距离时钟上升沿的时间编码。同样将脉冲停止信号输入到延时单元,同样能得到脉冲停止信号距离时钟上升沿的时间编码。
进一步地,该编码解析模块将细计数模块测量的开始脉冲和停止脉冲的时间编码相减得到的一个值,再将这个值分段作为地址索引查找出对应的数字,再将这个数字乘以一个延时链单元延时值,就能计算出细时间值。
细时间的计算采用延时链,而各个延时单元的延时比较均匀,均能达到几十皮秒,而延时链的延时精度决定测量的时间精度,进而测量的时间间隔也能达到此级别;采用新的延时链和细时间编码,具有测量精度高、测量范围灵活多变、成本低,应用范围广的优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种基于FPGA的时间间隔测量装置,其特征在于,包括粗计数模块、细计数模块、运算逻辑模块以及编码解析模块;
所述粗计数模块和细计数模块的输入端连接有待测信号的输出端,且该待测信号输出有开始脉冲信号和停止脉冲信号;
所述粗计数模块的输出端连接所述运算逻辑模块,所述细计数模块通过编码解析模块连接所述运算逻辑模块,
所述运算逻辑模块将粗计数模块送来的粗计数值和编码解析模块送来的细时间信息进行运算,即得到开始脉冲信号和停止脉冲信号之间的时间间隔。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的时间间隔测量装置,其特征在于,所述运算逻辑模块将所述粗计数值与所述细时间信息进行加法运算。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的时间间隔测量装置,其特征在于,所述粗计数模块检测到开始脉冲信号的上升沿后就开始计数,等到检测到停止脉冲信号就停止计数,计算开始脉冲信号和停止脉冲信号之间的时间间隔,该时间间隔作为粗计数值送到运算模块逻辑模块中。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于FPGA的时间间隔测量装置,其特征在于,所述粗计数模块为计数器。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的时间间隔测量装置,其特征在于,所述细计数模块将开始脉冲信号距离时钟上升沿的时间进行编码编码和停止脉冲信号距离时钟上升沿的时间进行编码,将两者的编码输出到编码解析模块中。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于FPGA的时间间隔测量装置,其特征在于,所述细计数模块包括若干个延时链单元,各个延时链单元串联起来形成一个较长的延时链,各个延时链单元的末端输出采到的脉冲值。
7.根据权利要求6所述的一种基于FPGA的时间间隔测量装置,其特征在于,所述细计数模块接收到开始脉冲信号后,在各个延时链单元采样脉冲信息,在时钟上升沿计算延时链单元输出“1”的个数,即开始脉冲信号距离时钟上升沿的时间编码;细计数模块接收到停止脉冲信号后,同样能得到停止脉冲信号距离时钟上升沿的时间编码。
8.根据权利要求6所述的一种基于FPGA的时间间隔测量装置,其特征在于,所述延时链单元由加法器的进位链构成。
9.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的时间间隔测量装置,其特征在于,所述编码解析模块将细计数模块测量的开始脉冲信号和停止脉冲信号的编码信息相减得到的一个值,再将这个值分段作为地址索引查找出对应的数字,再将这个数字乘以一个延时链单元延时值,就能计算出细时间值。
CN201410489872.9A 2014-09-23 2014-09-23 一种基于fpga的时间间隔测量装置 Pending CN104216279A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410489872.9A CN104216279A (zh) 2014-09-23 2014-09-23 一种基于fpga的时间间隔测量装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410489872.9A CN104216279A (zh) 2014-09-23 2014-09-23 一种基于fpga的时间间隔测量装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104216279A true CN104216279A (zh) 2014-12-17

Family

ID=52097900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410489872.9A Pending CN104216279A (zh) 2014-09-23 2014-09-23 一种基于fpga的时间间隔测量装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104216279A (zh)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105204319A (zh) * 2015-10-12 2015-12-30 沈阳东软医疗系统有限公司 一种pet单事件发生时间的测量方法和装置
CN105450215A (zh) * 2015-11-09 2016-03-30 科大国盾量子技术股份有限公司 一种符合测量系统及方法
CN107037721A (zh) * 2017-06-16 2017-08-11 中国科学技术大学 一种自修正型时间数字转换器
CN108551344A (zh) * 2018-03-29 2018-09-18 上海集成电路研发中心有限公司 双采样模数转化电路
WO2019000373A1 (zh) * 2017-06-30 2019-01-03 深圳市大疆创新科技有限公司 用于测量时间的电路、方法及相关芯片、系统和设备
CN109407500A (zh) * 2018-11-22 2019-03-01 深圳天眼激光科技有限公司 一种基于fpga的时间间隔测量方法
CN110442012A (zh) * 2019-07-22 2019-11-12 桂林电子科技大学 一种基于fpga的高精度时间间隔测量方法及系统
CN110515292A (zh) * 2019-08-12 2019-11-29 南京理工大学 基于双向运行环形进位链的tdc电路及测量方法
CN110824889A (zh) * 2019-11-08 2020-02-21 中山大学 一种基于新型时间放大器的时间数字转换器
CN111061145A (zh) * 2019-12-30 2020-04-24 嘉兴泰传光电有限公司 基于fpga的时延可设的时间间隔测量装置及测量方法
CN111693785A (zh) * 2020-05-14 2020-09-22 湖南毂梁微电子有限公司 一种数字脉冲信号宽度测量电路及测量方法
CN112506031A (zh) * 2020-11-30 2021-03-16 中国计量科学研究院 一种激光干涉条纹信号的高精度时间间隔测量系统
CN112764342A (zh) * 2019-11-01 2021-05-07 北京一径科技有限公司 一种时间测量装置和方法
CN113641089A (zh) * 2021-10-15 2021-11-12 国开启科量子技术(北京)有限公司 用于测量时间的方法和装置
CN113655702A (zh) * 2021-10-20 2021-11-16 南京宏泰半导体科技有限公司 基于fpga测试自适应进位延时链系数调节系统及方法
CN113835021A (zh) * 2021-09-29 2021-12-24 福建利利普光电科技有限公司 基于fpga高速serdes接口的高精度脉宽采集器及测量方法
CN114326358A (zh) * 2021-12-20 2022-04-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种多链并行分割高精度fpga时间数字转换方法
CN114637182A (zh) * 2020-12-15 2022-06-17 武汉万集光电技术有限公司 基于fpga进位链的tdc细时间测量系统及方法
CN114967410A (zh) * 2022-06-16 2022-08-30 陕西科技大学 一种数字时间转换装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1719353A (zh) * 2005-06-21 2006-01-11 中国科学技术大学 基于fpga的时间数字转换器及其转换方法
CN102073268A (zh) * 2009-11-24 2011-05-25 华东光电集成器件研究所 一种高精度脉冲时间间隔测量电路
CN103186097A (zh) * 2013-03-27 2013-07-03 西安电子科技大学 基于fpga的高分辨率时间间隔测量装置
CN104035320A (zh) * 2014-06-16 2014-09-10 沈阳东软医疗系统有限公司 一种实现时间间隔测量的系统及方法
CN203950131U (zh) * 2014-07-22 2014-11-19 西安宏泰时频技术有限公司 一种基于fpga的高精度时间间隔测量装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1719353A (zh) * 2005-06-21 2006-01-11 中国科学技术大学 基于fpga的时间数字转换器及其转换方法
CN102073268A (zh) * 2009-11-24 2011-05-25 华东光电集成器件研究所 一种高精度脉冲时间间隔测量电路
CN103186097A (zh) * 2013-03-27 2013-07-03 西安电子科技大学 基于fpga的高分辨率时间间隔测量装置
CN104035320A (zh) * 2014-06-16 2014-09-10 沈阳东软医疗系统有限公司 一种实现时间间隔测量的系统及方法
CN203950131U (zh) * 2014-07-22 2014-11-19 西安宏泰时频技术有限公司 一种基于fpga的高精度时间间隔测量装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张廷华等: "基于FPGA的高精度时间间隔测量方法研究与实现", 《光学技术》 *
徐圣法: "基于TDC-GPX的高精度时间间隔测量方法", 《国外电子测量技术》 *
马芸等: "基于FPGA延迟时间插入法实现精密时间测", 《现代导航》 *

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105204319A (zh) * 2015-10-12 2015-12-30 沈阳东软医疗系统有限公司 一种pet单事件发生时间的测量方法和装置
CN105450215A (zh) * 2015-11-09 2016-03-30 科大国盾量子技术股份有限公司 一种符合测量系统及方法
CN105450215B (zh) * 2015-11-09 2018-03-27 科大国盾量子技术股份有限公司 一种符合测量系统及方法
CN107037721A (zh) * 2017-06-16 2017-08-11 中国科学技术大学 一种自修正型时间数字转换器
WO2019000373A1 (zh) * 2017-06-30 2019-01-03 深圳市大疆创新科技有限公司 用于测量时间的电路、方法及相关芯片、系统和设备
CN108551344A (zh) * 2018-03-29 2018-09-18 上海集成电路研发中心有限公司 双采样模数转化电路
CN108551344B (zh) * 2018-03-29 2022-04-01 上海集成电路研发中心有限公司 双采样模数转化电路
CN109407500B (zh) * 2018-11-22 2021-03-23 深圳天眼激光科技有限公司 一种基于fpga的时间间隔测量方法
CN109407500A (zh) * 2018-11-22 2019-03-01 深圳天眼激光科技有限公司 一种基于fpga的时间间隔测量方法
CN110442012A (zh) * 2019-07-22 2019-11-12 桂林电子科技大学 一种基于fpga的高精度时间间隔测量方法及系统
CN110515292B (zh) * 2019-08-12 2021-04-27 南京理工大学 基于双向运行环形进位链的tdc电路及测量方法
CN110515292A (zh) * 2019-08-12 2019-11-29 南京理工大学 基于双向运行环形进位链的tdc电路及测量方法
CN112764342B (zh) * 2019-11-01 2022-02-18 北京一径科技有限公司 一种时间测量装置和方法
CN112764342A (zh) * 2019-11-01 2021-05-07 北京一径科技有限公司 一种时间测量装置和方法
CN110824889A (zh) * 2019-11-08 2020-02-21 中山大学 一种基于新型时间放大器的时间数字转换器
CN110824889B (zh) * 2019-11-08 2021-05-28 中山大学 一种基于新型时间放大器的时间数字转换器
CN111061145A (zh) * 2019-12-30 2020-04-24 嘉兴泰传光电有限公司 基于fpga的时延可设的时间间隔测量装置及测量方法
CN111693785B (zh) * 2020-05-14 2021-05-07 湖南毂梁微电子有限公司 一种数字脉冲信号宽度测量电路及测量方法
CN111693785A (zh) * 2020-05-14 2020-09-22 湖南毂梁微电子有限公司 一种数字脉冲信号宽度测量电路及测量方法
CN112506031A (zh) * 2020-11-30 2021-03-16 中国计量科学研究院 一种激光干涉条纹信号的高精度时间间隔测量系统
CN112506031B (zh) * 2020-11-30 2021-09-21 中国计量科学研究院 一种激光干涉条纹信号的高精度时间间隔测量系统
CN114637182A (zh) * 2020-12-15 2022-06-17 武汉万集光电技术有限公司 基于fpga进位链的tdc细时间测量系统及方法
CN114637182B (zh) * 2020-12-15 2023-12-01 武汉万集光电技术有限公司 基于fpga进位链的tdc细时间测量系统及方法
CN113835021A (zh) * 2021-09-29 2021-12-24 福建利利普光电科技有限公司 基于fpga高速serdes接口的高精度脉宽采集器及测量方法
CN113641089B (zh) * 2021-10-15 2022-01-21 国开启科量子技术(北京)有限公司 用于测量时间的方法和装置
CN113641089A (zh) * 2021-10-15 2021-11-12 国开启科量子技术(北京)有限公司 用于测量时间的方法和装置
WO2023061071A1 (zh) * 2021-10-15 2023-04-20 国开启科量子技术(北京)有限公司 用于测量时间的方法和装置
CN113655702A (zh) * 2021-10-20 2021-11-16 南京宏泰半导体科技有限公司 基于fpga测试自适应进位延时链系数调节系统及方法
CN114326358A (zh) * 2021-12-20 2022-04-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种多链并行分割高精度fpga时间数字转换方法
CN114967410A (zh) * 2022-06-16 2022-08-30 陕西科技大学 一种数字时间转换装置及方法
CN114967410B (zh) * 2022-06-16 2024-03-08 陕西科技大学 一种数字时间转换装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104216279A (zh) 一种基于fpga的时间间隔测量装置
CN106019923B (zh) 一种基于fpga的时间数字变换器
CN103543333B (zh) 高频信号相位差测量方法及测量装置
CN1940777B (zh) 高分辨率时间间隔测量设备和方法
CN104460304A (zh) 一种具有自动校正功的高分辨率时间间隔测量装置
CN104121956B (zh) 一种时差式超声波流量计时差测量方法
CN203950131U (zh) 一种基于fpga的高精度时间间隔测量装置
CN104007316A (zh) 一种欠采样速率下的高精度频率测量方法及其测量仪
CN103034117A (zh) 高精度时间测量器
CN102565673A (zh) 基于fpga的高可靠脉冲计数测试系统
CN102104384B (zh) 差分延时链单元及包括其的时间数字转换器
CN103135650A (zh) 电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法
CN203747768U (zh) 具有校准功能的高分辨精度脉冲触发延时电路
CN203942513U (zh) 基于fpga的可调高精度小数分频电路
CN103412474B (zh) 基于fpga的tdc-gp2测时范围高精度扩展电路
CN104460303A (zh) 一种具有温度补偿功的高分辨率时间间隔测量装置
CN105187053A (zh) 一种用于tdc的亚稳态消除电路
CN104300985A (zh) 一种基于脉冲计数的积分式ad转换电路及方法
CN104133409A (zh) 一种对称性可调的三角波合成装置
CN103067014A (zh) 用于谐波检测的频率跟随数据采集电路
US10528010B2 (en) Range finding device
CN103941214B (zh) 一种基于tdc的电子式互感器校验系统及方法
CN203502749U (zh) 脉冲时间间隔测量装置
CN104391175A (zh) 具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统及其测频方法
RU2561999C1 (ru) Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20141217

RJ01 Rejection of invention patent application after publication