基于信道间内插的fpga时间数字转换系统的研究

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2、论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外论文中不包含任何其他人已发表或撰写过的材料，也不包含为获得其它教育机构的别种学位或证书而大量使用过的材料一同工作的人对本研究所做的任何贡献己在论文中作。与我了明确的说明并表示谢意。＇日期－巧心签名：１务：化呀７关于论文使用授枚的说明本人完全了解培养单位有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ；培养单位有较保留送交论文的复印件，允许论文被查阅巧借阅；培养单位可公布论文的全部？。或部分内容，可采用影印、缩印或其他复制手段保存论文签名：１各见

3、证人：日期：气密级:硕士学位论文基于信道间内插的FPGA时间数字转换系统的研究作者姓名：陈晖指导教师:翟光杰研究员中国科学院国家空间科学中心学位类别:工学硕士学科专业:计算机应用技术研究所:中国科学院国家空间科学中心2016年4月StudyofFPGATime-to-DigitalConverterBasedonChannel-InterpolationByChenHuiAThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthe

4、degreeofMasterofComputerApplicationTechnologyNationalSpaceScienceCenter,ChineseAcademyofSciencesApril,2016摘要摘要高精度时间数字转换器（TDC）用于将两个物理事件发生的时间间隔转化为数字量，广泛应用于核物理实验、空间科学、电力传输、同步授时、航空航天、芯片设计、卫星导航、数字通信等领域。单光子探测是一种极弱光信号探测技术，若将其探测二极管以阵列形式集成，在获取每一像素信号强度信息的同时获得时间信息，则可实现单光子三维成像的功能，可用于机器人视觉、自动驾驶车辆导航、制作

5、工艺控制、工业安全、地形勘探以及对伪装目标、树林隐藏目标发现和定位的军事用途等。本文针对单光子探测器在时间相关计数成像中的应用为其设计相对应的TDC电路，将基于抽头延迟线的方案在FPGA上对时间数字转换器进行研究、设计及实现，并提出信道间内插的算法来减少测量误差，主要工作如下：（1）对单光子计数成像技术、时间数字转换技术及单光子探测阵列中的TDC技术进行充分调研并总结，考虑到系统集成化的可行性，选择了基于抽头延迟线的设计方式；（2）参考Nutt方法进行系统的硬件实现；利用FPGA中的快速进位链、时间管理模块等资源在XC5VLX30T型号芯片中对系统硬件电路进行实现；（3）

6、使用码密度测试的方法实现系统自校准从而解决延迟单元非线性的问题；提出基于信道内插的方案提高多信道测量的测量精度，并将其与信道平均的方法进行对比；（4）在MATLAB上对码密度测试结果进行分析、仿真，对实际测量数据进行处理并对算法性能进行分析；基于C#完成上位机软件的设计，使之能够与硬件电路进行通信，可以向系统发送指令，并实时显示测量结果。本文所实现的基于抽头延迟线的时间标记FPGA精密时间测量系统，通过实际测量该系统在采用信道间内插方法后可将分辨率由63ps提高至21ps，将均方根误差从66ps提高至33ps。关键词：单光子成像，时间数字转换，FPGA，信道间内插，延迟单

7、元I基于信道间内插的FPGA时间数字转换系统的研究AbstractHigh-precisionTDC(TimetoDigitalConverter)isusedformeasuringthetimeintervalbetweentwophysicalevents.Itiswidelyusedinthefieldofnuclearphysicsexperiments,spacescience,powertransmission,timingandsynchronization,aerospace,chipdesign,satel