CN116505944A - 一种测量多通道tdc一致性的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量多通道TDC一致性的装置和方法，所述装置包括待测多通道TDC、多路分发器、数据采集器，多路分发器将测试信号同时输入到各个通道，实现了同步脉冲输出，不仅使得在测试时不再需要多次测量就能获得各通道数据，而且消除了不同通道输入信号噪声导致通道性能不一致的现象，确保正确评估各个通道一致性，解决了已有测量方法存在的需要多次测量才能够获得多通道TDC不同通道的特性、输入信号不一致导致的无法精确评估通道一致性的问题；进一步地，本发明还可以同时获得多通道性能和通道一致性的分析结果，提高了多通道TDC的分析效率。

Description

一种测量多通道TDC一致性的装置和方法

技术领域

本发明涉及时间数字转换器(TDC，Time-to-Digital Converter)性能测试领域，尤其涉及一种测量多通道TDC一致性的装置和方法。

背景技术

TDC是目前用于精确时间测量的核心器件，可以将模拟信号转换成以时间表示的数字信号。由于噪声、抖动等的影响，会有测时误差的产生。为了评估芯片的实际性能，同时为后续进行进一步的改版工作提供参考依据，需要对测时误差进行充分、准确的测量。已有的测量方法主要是分通道进行测量，将信号逐个输入不同的通道，再根据不同通道的输出数据进行统计分析评估各个通道的特性。已有的测量方式存在两个问题：首先，需要多次测量才能够获得多通道TDC不同通道的特性；其次，由于多次测量中输入信号有噪声、走线延时等因素的影响，无法对各个通道的一致性进行评估。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种测量多通道TDC一致性的装置和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，构造一种测量多通道TDC一致性的装置，包括：

待测多通道TDC，包括多个待测通道；

多路分发器，其具有一个输入端和多个输出端，输入端用于接入一路测试信号，多个输出端与所述待测多通道TDC的各个待测通道分别一一对应连接，所述多路分发器用于将输入端接入的测试信号分发到多个输出端从而同时输送到各个待测通道；

数据采集器，与所述待测多通道TDC的各个待测通道分别连接，用于采集各个待测通道输出的时间测量数据，基于采集的数据进行一致性分析。

进一步地，在本发明所述的测量多通道TDC一致性的装置中，所述多路分发器包括与多个待测通道一一对应的多个延时分发通道，所有的所述延时分发通道的输入端均与所述多路分发器的输入端连接，每一个所述延时分发通道的输出端作为所述多路分发器的一个输出端，通过配置各个延时分发通道的延时时间使得所述测试信号经由各个所述延时分发通道后保持同步。

进一步地，在本发明所述的测量多通道TDC一致性的装置中，每一所述延时分发通道包括至少一个延时电容和与至少一个延时电容一一对应的至少一个接入开关，同一所述延时分发通道中的所有的所述接入开关的第一端均与所述延时分发通道的输入端连接，所述延时分发通道的输出端与所述延时分发通道的输入端连接，每一所述接入开关的第二端经由对应的一个所述延时电容接地，通过配置每一所述延时分发通道中的接入开关的接入数量来配置各个延时分发通道的延时时间。

进一步地，在本发明所述的测量多通道TDC一致性的装置中，所述测试信号为周期信号，所述装置还包括数据处理模块，所述数据处理模块用于将采集到的数据根据数据帧格式定义进行解码，解码后的数据为多个时间序列；解码之后按通道筛分解码后的数据；对筛分后的数据，取来自不同通道的数据对进行有效性判断，保留有效数据对，丢弃无效数据对，有效数据对是指的时间间隔在指定时间跨度t内的数据对；对保留的有效数据对，计算时间差并统计分布情况来反映各通道间的一致性。

进一步地，在本发明所述的测量多通道TDC一致性的装置中，解码模块解码出的每一个时间序列表示为T_ij，其中i为通道号，j为该通道获取此数据的序号；

所述数据处理模块还用于针对筛分后的数据，分别根据公式ΔT＝T_ij-T_ij-1计算时间周期，并统计时间周期的分布情况，根据时间周期的分布情况计算统计学指标来反映各通道的性能。

二方面，构造一种测量多通道TDC一致性的方法，所述方法包括：

输入一路测试信号到多路分发器的输入端，多路分发器将其输入端接入的测试信号分发到其多个输出端从而同时输送到各个待测通道，所述多路分发器具有一个输入端和多个输出端，输入端用于接入一路测试信号，多个输出端与所述待测多通道TDC的各个待测通道分别一一对应连接；

利用数据采集器采集各个待测通道输出的时间测量数据，基于采集的数据进行一致性分析。

进一步地，在本发明所述的测量多通道TDC一致性的方法中，所述多路分发器包括与多个待测通道一一对应的多个延时分发通道，所有的所述延时分发通道的输入端均与所述多路分发器的输入端连接，每一个所述延时分发通道的输出端作为所述多路分发器的一个输出端，通过配置各个延时分发通道的延时时间使得所述测试信号经由各个所述延时分发通道后保持同步。

进一步地，在本发明所述的测量多通道TDC一致性的方法中，每一所述延时分发通道包括至少一个延时电容和与至少一个延时电容一一对应的至少一个接入开关，同一所述延时分发通道中的所有的所述接入开关的第一端均与所述延时分发通道的输入端连接，所述延时分发通道的输出端与所述延时分发通道的输入端连接，每一所述接入开关的第二端经由对应的一个所述延时电容接地，通过配置每一所述延时分发通道中的接入开关的接入数量来配置各个延时分发通道的延时时间。

进一步地，在本发明所述的测量多通道TDC一致性的方法中，所述测试信号为周期信号，所述的基于采集的数据进行一致性分析包括：

将采集到的数据根据数据帧格式定义进行解码，解码后的数据为多个时间序列；

按通道筛分解码后的数据；

对筛分后的数据，取来自不同通道的数据对进行有效性判断，保留有效数据对，丢弃无效数据对；有效数据对是指的时间间隔在指定时间跨度t内的数据对；

对保留的有效数据对，计算时间差并统计分布情况来反映各通道间的一致性。

进一步地，在本发明所述的测量多通道TDC一致性的方法中，解码出的每一个时间序列表示为T_ij，其中i为通道号，j为该通道获取此数据的序号；

所述方法还包括：针对筛分后的数据，分别根据公式ΔT＝T_ij-T_ij-1计算时间周期，并统计时间周期的分布情况，根据时间周期的分布情况计算统计学指标来反映各通道的性能。

本发明的测量多通道TDC一致性的装置和方法，具有以下有益效果：多路分发器将同一测试信号同时输入到各个通道，实现了同步脉冲输出，不仅使得在测试时不再需要多次测量就能获得各通道数据，而且消除了不同通道输入信号噪声导致通道性能不一致的现象，确保正确评估各个通道一致性，解决了已有测量方法存在的需要多次测量才能够获得多通道TDC不同通道的特性、输入信号不一致导致的无法精确评估通道一致性的问题；进一步地，可以同时获得多通道性能和通道一致性的分析结果，提高了多通道TDC的分析效率。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明测量多通道TDC一致性的装置的结构示意图；

图2是多路分发器的结构示意图；

图3是延时分发通道的结构示意图；

图4是本发明测量多通道TDC一致性的方法的流程图。

具体实施方式

针对现有技术中测量方法存在的需要多次测量才能够获得多通道TDC不同通道的特性、输入信号不一致导致的无法精确评估通道一致性的问题，本发明构造了一种测量多通道TDC一致性的装置和方法，主要思路是利用多路分发器将同一测试信号同时输入到各个通道，实现了同步脉冲输出，不仅使得在测试时不再需要多次测量就能获得各通道数据，而且消除了不同通道输入信号噪声导致通道性能不一致的现象，确保正确评估各个通道一致性。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

参考图1，本发明的测量多通道TDC一致性的装置包括：多路分发器100、待测多通道TDC 200和数据采集器300。

待测多通道TDC 200，包括多个待测通道，假设有n个通道，n为大于1的正整数。

多路分发器100，其具有一个输入端和n个输出端，输入端用于接入一路测试信号signal，所述测试信号signal为模拟信号，而且是一个周期信号，比如周期性的正弦波、三角波都可以。n个输出端与所述待测多通道TDC 200的各个待测通道分别一一对应连接，所述多路分发器100用于将输入端接入的测试信号signal分发到n个输出端从而同时输送到各个待测通道，如图中所T₁、T₂、……T_n示。

数据采集器300，与所述待测多通道TDC 200的各个待测通道分别连接，用于采集各个待测通道输出的时间测量数据，基于采集的数据进行一致性分析。

考虑到电子线路的长度等因素会影响测试信号signal到各个待测通道的速度，为此，本发明提出所述多路分发器100包括多个延时分发通道，在测试信号signal进入各个待测通道之前，利用不同的延时分发通道分别进行不同的延时，通过控制不同通道的测试信号signal的延时时间来调整测试信号signal真正进入待测通道的时刻，使得测试信号signal真正进入待测通道时是同步的。参考图2，本实施例中多路分发器100中集成有DLY₁、DLY₂、......、DLY_n总共n个延时分发通道，所有的所述延时分发通道的输入端均与所述多路分发器100的输入端连接，因为连接线的长度不同，所以测试信号signal真正进入到各个延时分发通道的时刻会有差异并非同步，即图2中signal_1、signal_2、……、signal_n并非同步。为此，配置各个延时分发通道的延时时间使得signal_1、signal_2、……、signal_n经由各个所述延时分发通道后保持同步，具体来说，每一个所述延时分发通道的输出端作为所述多路分发器100的一个输出端，如图2中，测试信号signal_1经由DLY₁延时后输出的是信号T₁，测试信号signal_2经由DLY₂延时后输出的是信号T₂，以此类推，经过n路延时，最终保证n路输出T₁、T₂、……T_n同步。

更具体地，每一所述延时分发通道包括至少一个延时电容和与至少一个延时电容一一对应的至少一个接入开关，通过电容的充放电实现延时。所述接入开关包括各种等效开关电子器件，不限于三极管、MOS管等。假设延时电容和接入开关的数量均为m，下面以第i个延时分发通道为例进行说明。参考图3，第i个延时分发通道中的所有的接入开关q_ij的第一端均与第i个延时分发通道的输入端连接，第i个延时分发通道的输出端与第i个延时分发通道的输入端连接，每一接入开关q_ij的第二端经由对应的一个延时电容C_ij接地，i代表延时分发通道的编号，j代表该延时分发通道中的延时电容的编号，1≤i≤n，1≤j≤m。如此，通过配置第i个延时分发通道中的接入开关q_ij的接入数量即可配置第i个延时分发通道的延时时间，这里所谓的接入数量是指的处于导通状态的接入开关的数量。

各个延时分发通道中的接入开关q_ij具体的接入数量，可以预先通过实验寻找确定。比如直接采集各个延时分发通道的输出进行比对，根据比对结果来调整各个延时分发通道中的接入开关q_ij具体的接入数量。接入开关q_ij的接入数量越多，则意味着接入的等效电容越大，则延时时间越长，反之接入开关q_ij的接入数量越少，则意味着接入的等效电容越小，则延时时间越短。总之，通过调整各个延时分发通道DLY₁、DLY₂、......、DLY_n中的接入开关q_ij的接入数量，让本不同步的signal_1、signal_2、……、signal_n在经过各个延时分发通道DLY₁、DLY₂、......、DLY_n后实现同步。

以上，每个延时分发通道中的信号进行相应的延时后再输出到TDC的各待测通道中，输入的信号就完全一致，由此彻底解决了因输入信号不一致而导致的无法进行通道一致性评估的问题。

另外，本实施例中每个延时分发通道的延时可以数字化配置。具体的，每个延时电容C_ij的大小相等，提供同样的延时，通过单片机中的寄存器配置q_ij开关状态，由此控制接入电路的延时电容C_ij个数，实现对延时分发通道的数字化调节。

其中，所述数据采集器300采集后的数据可以发往数据处理模块进行处理。数据处理模块具体用于执行如下数据处理内容：

1)将采集到的数据根据数据帧格式定义进行解码，解码后的数据为多个时间序列。解码出的每一个时间序列表示为T_ij，其中i为通道号，j为该通道获取此数据的序号。

2)按通道筛分解码后的数据；

3)对筛分后的数据，取来自不同通道的数据对进行有效性判断，保留有效数据对，丢弃无效数据对；有效数据对是指的时间间隔在指定时间跨度t内的数据对。比如，假设通道i的数据为T_i1、T_i2、T_i3，通道k的数据为T_k1、T_k2，则：

T_i1-T_k1≤t，则T_i1、T_k1属于有效数据对，应保留。

T_i2-T_k2≥t，则T_i2、T_k2属于无效数据对，应丢弃。

T_i3-T_k2≤t，则T_i3、T_k2属于有效数据对，应保留。

4)对保留的有效数据对，根据公式ΔT＝T_in-T_km计算时间差并统计分布情况来反映各通道间的一致性。具体来说，统计得到一个正态分布，其标准差越小则一致性就好。

5)针对上面2)中筛分后的数据，分别根据公式Δt＝t_ij-T_ij-1计算时间周期，并统计时间周期的分布情况，根据时间周期的分布情况计算统计学指标来反映各通道的性能。统计学指标包括但不限于均值、标准差、半高宽等。

实施例二

本实施例公开了一种测量多通道TDC一致性的方法，基于实施例一所述的装置实现。所述方法包括：

首先，输入一路测试信号到多路分发器的输入端，多路分发器将其输入端接入的测试信号分发到其多个输出端从而同时输送到各个待测通道，所述多路分发器具有一个输入端和多个输出端，输入端用于接入一路测试信号，所述测试信号为模拟信号，同时也是一种周期信号，多个输出端与所述待测多通道TDC的各个待测通道分别一一对应连接。关于所述多路分发器的具体内容可以参考实施例一，此处不再赘述。

然后，利用数据采集器采集各个待测通道输出的时间测量数据；

最后，基于采集的数据进行分析，参考图4，对采集的数据进行分析具体包括：

S1)将采集到的数据根据数据帧格式定义进行解码，解码后的数据为多个时间序列，顺序执行步骤S2)；

其中，解码出的每一个时间序列表示为T_ij，其中i为通道号，j为该通道获取此数据的序号。

S2)按通道筛分解码后的数据，顺序执行步骤S3)；

S3)如果要进行通道一致性分析，则顺序执行步骤S4)，否则执行步骤S6)；

S4)对筛分后的数据，取来自不同通道的数据对进行有效性判断，保留有效数据对，丢弃无效数据对，顺序执行步骤S5)；

其中，有效数据对是指的时间间隔在指定时间跨度t内的数据对，比如，假设通道i的数据为T_i1、T_i2、T_i3，通道k的数据为T_k1、T_k2，则：

T_i1-T_k1≤t，则T_i1、T_k1属于有效数据对，应保留。

T_i2-T_k2≥t，则T_i2、T_k2属于无效数据对，应丢弃。

T_i3-T_k2≤t，则T_i3、T_k2属于有效数据对，应保留。

S5)对保留的有效数据对，计算时间差并统计分布情况来反映各通道间的一致性。具体来说，统计得到一个正态分布，其标准差越小则一致性就好。

S6)针对筛分后的数据，分别根据公式ΔT＝T_ij-T_ij-1计算时间周期，并统计时间周期的分布情况，根据时间周期的分布情况计算统计学指标来反映各通道的性能。统计学指标包括但不限于均值、标准差、半高宽等。

更多细节内容，可以参考实施例一，此处不再赘述。

综上所述，本发明的测量多通道TDC一致性的装置和方法，具有以下有益效果：多路分发器将同一测试信号同时输入到各个通道，实现了同步脉冲输出，不仅使得在测试时不再需要多次测量就能获得各通道数据，而且消除了不同通道输入信号噪声导致通道性能不一致的现象，确保正确评估各个通道一致性，解决了已有测量方法存在的需要多次测量才能够获得多通道TDC不同通道的特性、输入信号不一致导致的无法精确评估通道一致性的问题；进一步地，可以同时获得多通道性能和通道一致性的分析结果，提高了多通道TDC的分析效率。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

本文描述涉及各种模块。这些模块通常包括硬件和/或硬件与软件的组合。这些模块还可以包括包含指令的计算机可读介质，当处理器执行这些指令时，就可以执行本发明的各种功能性特点。相应地，除非明确要求，本发明的范围不受实施例中明确提到的模块中的特定硬件和/或软件特性的限制。作为非限制性例子，本发明在实施例中可以由一种或多种处理器执行软件指令。需要指出的是，上文对各种模块的描述中，分割成这些模块，是为了说明清楚。然而，在实际实施中，各种模块的界限可以是模糊的。例如，本文中的任意或所有功能性模块可以共享各种硬件和/或软件元件。又例如，本文中的任何和/或所有功能模块可以由共有的处理器执行软件指令来全部或部分实施。另外，由一个或多个处理器执行的各种软件子模块可以在各种软件模块间共享。相应地，除非明确要求，本发明的范围不受各种硬件和/或软件元件间强制性界限的限制。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种测量多通道TDC一致性的装置，其特征在于，包括：

待测多通道TDC，包括多个待测通道；

多路分发器，其具有一个输入端和多个输出端，输入端用于接入一路测试信号，多个输出端与所述待测多通道TDC的各个待测通道分别一一对应连接，所述多路分发器用于将输入端接入的测试信号分发到多个输出端从而同时输送到各个待测通道；

数据采集器，与所述待测多通道TDC的各个待测通道分别连接，用于采集各个待测通道输出的时间测量数据，基于采集的数据进行一致性分析。

2.根据权利要求1所述的测量多通道TDC一致性的装置，其特征在于，所述多路分发器包括与多个待测通道一一对应的多个延时分发通道，所有的所述延时分发通道的输入端均与所述多路分发器的输入端连接，每一个所述延时分发通道的输出端作为所述多路分发器的一个输出端，通过配置各个延时分发通道的延时时间使得所述测试信号经由各个所述延时分发通道后保持同步。

3.根据权利要求2所述的测量多通道TDC一致性的装置，其特征在于，每一所述延时分发通道包括至少一个延时电容和与至少一个延时电容一一对应的至少一个接入开关，同一所述延时分发通道中的所有的所述接入开关的第一端均与所述延时分发通道的输入端连接，所述延时分发通道的输出端与所述延时分发通道的输入端连接，每一所述接入开关的第二端经由对应的一个所述延时电容接地，通过配置每一所述延时分发通道中的接入开关的接入数量来配置各个延时分发通道的延时时间。

4.根据权利要求1所述的测量多通道TDC一致性的装置，其特征在于，所述测试信号为周期信号，所述装置还包括数据处理模块，所述数据处理模块用于将采集到的数据根据数据帧格式定义进行解码，解码后的数据为多个时间序列；解码之后按通道筛分解码后的数据；对筛分后的数据，取来自不同通道的数据对进行有效性判断，保留有效数据对，丢弃无效数据对，有效数据对是指的时间间隔在指定时间跨度t内的数据对；对保留的有效数据对，计算时间差并统计分布情况来反映各通道间的一致性。

5.根据权利要求4所述的测量多通道TDC一致性的装置，其特征在于，解码模块解码出的每一个时间序列表示为T_ij，其中i为通道号，j为该通道获取此数据的序号；

所述数据处理模块还用于针对筛分后的数据，分别根据公式ΔT＝T_ij-T_ij-1计算时间周期，并统计时间周期的分布情况，根据时间周期的分布情况计算统计学指标来反映各通道的性能。

6.一种测量多通道TDC一致性的方法，其特征在于，所述方法包括：

输入一路测试信号到多路分发器的输入端，多路分发器将其输入端接入的测试信号分发到其多个输出端从而同时输送到各个待测通道，所述多路分发器具有一个输入端和多个输出端，输入端用于接入一路测试信号，多个输出端与所述待测多通道TDC的各个待测通道分别一一对应连接；

利用数据采集器采集各个待测通道输出的时间测量数据，基于采集的数据进行一致性分析。

7.根据权利要求6所述的测量多通道TDC一致性的方法，其特征在于，所述多路分发器包括与多个待测通道一一对应的多个延时分发通道，所有的所述延时分发通道的输入端均与所述多路分发器的输入端连接，每一个所述延时分发通道的输出端作为所述多路分发器的一个输出端，通过配置各个延时分发通道的延时时间使得所述测试信号经由各个所述延时分发通道后保持同步。

8.根据权利要求7所述的测量多通道TDC一致性的方法，其特征在于，每一所述延时分发通道包括至少一个延时电容和与至少一个延时电容一一对应的至少一个接入开关，同一所述延时分发通道中的所有的所述接入开关的第一端均与所述延时分发通道的输入端连接，所述延时分发通道的输出端与所述延时分发通道的输入端连接，每一所述接入开关的第二端经由对应的一个所述延时电容接地，通过配置每一所述延时分发通道中的接入开关的接入数量来配置各个延时分发通道的延时时间。

9.根据权利要求6所述的量多通道TDC一致性的方法，其特征在于，所述测试信号为周期信号，所述的基于采集的数据进行一致性分析包括：

将采集到的数据根据数据帧格式定义进行解码，解码后的数据为多个时间序列；

按通道筛分解码后的数据；

对筛分后的数据，取来自不同通道的数据对进行有效性判断，保留有效数据对，丢弃无效数据对；有效数据对是指的时间间隔在指定时间跨度t内的数据对；

对保留的有效数据对，计算时间差并统计分布情况来反映各通道间的一致性。

10.根据权利要求6所述的量多通道TDC一致性的方法，其特征在于，解码出的每一个时间序列表示为T_ij，其中i为通道号，j为该通道获取此数据的序号；

所述方法还包括：针对筛分后的数据，分别根据公式ΔT＝T_ij-T_ij-1计算时间周期，并统计时间周期的分布情况，根据时间周期的分布情况计算统计学指标来反映各通道的性能。