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三种TDC电路的原理和实现方法

2017年12月07日 09:24 次阅读

本文介绍了不同类型的时间测量方法,讨论了实现高精度时间测量所采用的电路与实现技术。通过这些方法可以实现皮秒(ps)级的时间测量,满足不同应用场合的需求。时间作为一个基本物理量,在空间探索、高能物理、遥感遥测以及对流量、距离的测量等方面都有着极其重要的作用。本文讨论的时间测量是指对一个时间段的量度,也就是要完成从开始信号start到结束信号stop之间的时间间隔测量。通过电子电路实现高精度时间测量的方法有多种,此类电路的名称也很多,包括时间间隔表(TIM)、时间数字化器(TIme digiTIzer)、时间计数器(TC)、时间数字转换器(TDC)等,目前比较常用的名称是TDC[1~2]。TDC电路有不同的原理和实现方法,目前常见的方法包括抽头延迟线法、游标法及电容充放电法等。

基于时钟脉冲的时间测量

最简单的TDC电路就是通过时钟信号对要计量的时间范围进行采样计数,根据计数值来计算时间值,这种方法就是直接计数法,其时间计量的最小分辨率是用于计数的时钟周期。为了提高测量分辨率只能提高时钟的频率,但由于超高频率时钟信号的生成和稳定传输都比较困难,所以通过这种方法很难实现ps级的精密测量,这一弱点使得它无法在需要精密时间测量的场合使用。但这种方法经常可以和后面介绍的其他测量方法结合起来使用,互相取长补短。

 

 宽频ADC前端设计使用双变压器配置之考量

基于抽头延迟线法​的时间测量

抽头延迟线法的原理是使被测量的开始信号通过延迟线进行传输,通过抽头信号探测它在被测量时间段内传递到的位置,从而判断时间测量的结果。相邻抽头之间的信号延迟时间就是测量的最小分辨率。在电路中实现时,延迟线一般是通过延迟单元构成的,测量的分辨率就是这些单元的延迟时间。在集成电路中,通常采用的电路单元是反相器,目前常用的集成电路工艺条件下这个延迟时间可以做到大约101~102ps量级,对于大多数测量来说,这样的分辨率已经可以满足要求了。

一种基本的抽头延迟线法时间测量电路如图1所示。其中在抽头处使用停止信号对经过延迟线传输的开始信号进行采样,根据采样结果Q0~Qn(温度计型编码)就可以知道开始信号经过被测时间段传递到的位置,由此可以根据每个单元的延迟时间τ计算出被测的时间间隔。抽头延迟线法的量程由延迟线的长度(延迟单元的数量)决定。这种结构是构成很多时间测量电路的基础,通过与其他技术结合可以形成不同的实用电路形式。

 

 宽频ADC前端设计使用双变压器配置之考量

基于游标法的时间测量

时间测量也可以采用类似机械游标卡尺的方法。它使用两条延迟线,其中单元的延迟时间分别为τ1和τ2,τ1和τ2之间有微小但固定的延迟差别,通过这两条延迟线分别对开始信号与结束信号进行传递,检测开始与结束信号在传递过程中什么时候重合,通过重合点的位置即可得到开始与结束之间的时间差。基本的游标法时间测量电路原理如图2(a)所示,其中通过触发器采样进行开始与结束信号是否重合的比较。另有一些设计中采用了专门的信号重合检测电路代替触发器,一种信号重合检测电路形式如图2(b)所示[3],根据这种电路的两个输出信号输出1和输出2可以判断信号到达的先后次序,实现重合的判断。
 

 

 宽频ADC前端设计使用双变压器配置之考量

在基本的游标法时间测量电路中,当检测到经过延迟线传输后的开始与停止信号在某点发生重合时,在Tstop – Tstart <τ1的情况下通过计算可以知道:

Tstop - Tstart = (n-1)&TImes; (τ1 – τ2)

其中n是经过的比较级数。这种测量方法的分辨率是两条延迟线中延迟单元的时间差,即(τ1 – τ2),在电路设计时要保证τ1 > τ2。其量程由延迟单元数量和τ1、τ2共同决定。可以看出这种方法能够实现比抽头延迟线法更高的测量分辨率,前提是保证用于测量的两条延迟线中的单元有稳定的延迟,为了达到这一目标常常通过PLL或DLL来产生具有稳定延迟的延迟线[4-5]。

基于电容充放电法的时间测量

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发表于 2018-02-23 09:09 355次阅读
单相隔离变压器接线图分享

变压器二次侧能接地吗

单相变压器的二次侧可以接地,是否接地要看二次侧的具体需要;如果二次侧直接接用的是人能触及的用电设备,...

发表于 2018-02-23 08:53 208次阅读
变压器二次侧能接地吗

RF采样ADC为系统设计提供的独特优势详解

数据转换器现已蜕变为高度集成的单芯片IC。从第一款商用数据转换器诞生以来,对更快数据速率的无止境需求...

发表于 2018-02-12 05:15 230次阅读
RF采样ADC为系统设计提供的独特优势详解

想自己绕变压器,这种变压器应该怎么绕啊!~请各位大神指教一下

发表于 2018-02-11 20:59 678次阅读
想自己绕变压器,这种变压器应该怎么绕啊!~请各位大神指教一下

什么是变压器并列运行_变压器并列运行的优点_运行...

本文开始介绍了什么是变压器并列运行与变压器并列运行的目的,其次介绍了变压器并列运行应满足的条件和变压...

发表于 2018-02-08 11:06 172次阅读
什么是变压器并列运行_变压器并列运行的优点_运行...

变压器瓦斯保护的结构与工作原理

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能...

发表于 2018-02-08 09:31 237次阅读
变压器瓦斯保护的结构与工作原理

LPC1788FBD144芯片如何配置ADC功能来同时采集两个信号?

发表于 2018-02-07 16:31 317次阅读
LPC1788FBD144芯片如何配置ADC功能来同时采集两个信号?

变压器十大品牌排行榜_变压器生产厂家推荐

2017-2018年最新的变压器品牌榜发布了,一起来看下本次发布的榜单的品牌数据情况吧。变压器十大品...

发表于 2018-02-07 16:16 534次阅读
变压器十大品牌排行榜_变压器生产厂家推荐

变压器的零序电流保护详解

零序电流保护指利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置,叫零序电流保护。在电缆线路上都采用专门的零序...

发表于 2018-02-07 15:58 242次阅读
变压器的零序电流保护详解

什么是配电变压器_配电变压器的作用

中国变压器产品按电压等级一般可分为特高压(750KV及以上)、超高压(500KV)变压器、220-1...

发表于 2018-02-07 15:43 185次阅读
什么是配电变压器_配电变压器的作用

变压器线圈作用是什么_如何计算变压器线圈

变压器分为互感变压器和自耦变压器两种。一次线圈中通过变化的电流,产生变化的磁场,二次线圈处在变化的磁...

发表于 2018-02-07 15:26 217次阅读
变压器线圈作用是什么_如何计算变压器线圈

变压器线圈有几种绕线方法

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能...

发表于 2018-02-07 15:20 445次阅读
变压器线圈有几种绕线方法

电力变压器的用途

在变压器的分类当中,有一种叫做箱式的变压器,它一般应用与电力工程施工中,根据具体的施工工程要求,一般...

发表于 2018-02-07 15:18 160次阅读
电力变压器的用途

电力变压器检测周期及检测方法

随着国内外研究和应用油中溶解气体在线监测设备的不断普及,虽然不同的装置在线的检测手段和取样方式的侧重...

发表于 2018-02-07 15:09 306次阅读
电力变压器检测周期及检测方法

电力变压器结构示意图

心式铁心的特点是铁轭靠着绕组的顶面和底面,但不包围绕组的侧面;壳式铁心的特点是铁轭不仅包围绕组的顶面...

发表于 2018-02-07 14:48 312次阅读
电力变压器结构示意图

电力变压器的油起什么作用

变压器中的主要保护措施是瓦斯保护,变压器油面降低以及变压器油箱内的故障都由瓦斯予以反映。当变压器出现...

发表于 2018-02-07 14:40 141次阅读
电力变压器的油起什么作用

电力变压器并列运行的条件

在实际运行中,两段母线由各自的变压器供电。于是,两段进线断路器QF1和QF2均闭合,而单母线分段的母...

发表于 2018-02-07 14:22 109次阅读
电力变压器并列运行的条件

关于电力变压器故障与诊断

变压器产生“嗡嗡”声的原因有:硅钢片的磁滞伸缩引起的振动;铁心的接缝与叠层之间的磁力作用引起的振动;...

发表于 2018-02-07 14:14 124次阅读
关于电力变压器故障与诊断

ADC LTC2185 + 差分放大器 ADA...

用“相得益彰”来形容 ADC LTC2185+差分放大器 ADA4927 再合适不过了,因为——LT...

发表于 2018-02-07 14:08 1410次阅读
 ADC LTC2185 + 差分放大器 ADA...

电力变压器和配电变压器的区别

配电变压器主要用于配电网络向用户提供电力般高压66KV低压380/220V、3KV、6KV、10KV...

发表于 2018-02-07 13:59 689次阅读
电力变压器和配电变压器的区别

电力变压器容量等级及规格

电力变压器的型号标注包括相数、绝缘方式、导体材料、额定容量、额定电压等内容。常用的字符含义如下:S―...

发表于 2018-02-07 13:51 1127次阅读
电力变压器容量等级及规格

重瓦斯保护原理是什么_变压器重瓦斯保护动作的处理...

 变压器在运行中,由于内部故障,有时候我们无法及时辨别和采取措施,容易引起一些事故,采取瓦斯继电器保...

发表于 2018-02-07 11:56 201次阅读
重瓦斯保护原理是什么_变压器重瓦斯保护动作的处理...

电力变压器分类及参数

为提高变压器的可靠性、经济性,亦即解决大型变压器的运输困难问题,近年来,主要是加强了对变压器原材料和...

发表于 2018-02-07 11:29 216次阅读
电力变压器分类及参数

检测电力变压器的好坏

听声音就可以判断正常的声响。当电力变压器受电后,电流通过铁心产生交变磁通,就会发出“嗡嗡”的均匀电磁...

发表于 2018-02-07 11:15 205次阅读
检测电力变压器的好坏