基于FPGA的时间数字转换电路设计与测试.pdf

《基于FPGA的时间数字转换电路设计与测试.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第24卷第8期计算机技术与发展Vo1．24No．82014年8月COMPUTERTECHNOLOGYANDDEVELOPMENTAug．2014基于FPGA的时间数字转换电路设计与测试张云雷，张珂殊，邵永社，孟柘(1．中国科学院光电研究院，北京100094；2．中国科学院大学，北京100049)摘要：为满足激光雷达系统多通道、精确处理大量时间数据的需求，利用抽头延时线技术，在Virtex6FPGA上采用Veril．og语言实现了时间数字转换电路(Time—to—DigitalConvertor，

2、TDC)。文中在领域分析的基础上明确了时间数字转换电路的主要原理，对电路的各模块进行详细设计，并通过GPX测试芯片与在FPGA内部实现的TDC电路进行实时对比测试，修正系统固定误差。实验表明，该课题设计的多通道TDC电路各通道间的测量误差在1LSB左右，每个通道测量分辨率可达58ps。采用GPX芯片进行校准测试的方案排除了信号源误差，优于传统检校方案。关键词：激光测距；时间数字转换；延时线；可编程逻辑器件中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1673—629X(2014)08—0175—0

3、4doi：10．3969／j．issn．1673—629X．2014．08．041DesignandTestingofTime-to-digitalConvertorBasedonFPGAZHANGYun—lei，ZHANGKe—shu，SHAOYong—she，MENGZhe(1．AcademyofOpto-electronics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100094，China；2．UniversityofChineseAcademyofScience

4、s，Beijing100049，China)Abstract：InordertomeettherequirementofLiDAR(LightDetectionAndRanging)systeminmeasuringpreci~timewithmultiplechannels，aTime—to—Di【gitalConvertor(TDC)usingtappeddelaylinetechnologyisimplementedwithVerilogHDLuponVinex6FP-GA．Themain

5、principleofTDCisclarifiedbasedondomainanalysis，andtheneachmoduleofthecircuitisdesignedindet~1．Further-more，thefixederrorofthedesignedTDCiscalibratedwiththemorepreciseGPXtimingchip．Experimentaldatashowsthatnotonlyanaccuracyof1LSBisachievedinall48chann

6、els，butalsothetimeresolutionofasinglechannelisimprovedto58ps．ThecalibrationschemeadoptingtheGPXchiphaseliminatedtheerrorofthesignalsource，whichisconsequentlymolereliablethanthetraditionalscheme．Keywords：laserrangefinder；time-to-digitalconversion；dela

7、yline；FPGAO引言为一个时钟周期，精度低是它的缺点，值得关注的是，激光雷达(LightDetectionAndRanging，LiDAR)随着数字器件工作频率的提高和电路规模的集成，其是一种精确、快速获取地面或大气空间信息的主动探结构简单的优点得到放大。插值法是通过对计数时测技术，应用范围和发展前景十分广阔。脉冲式激光钟的插值，实现将待测时间间隔“放大”，使系统能在雷达技术测量发射的激光脉冲信号与回波信号的时间现有精度下测量，主要包括：游标卡尺法和时钟动态可差，来实现距离测量，具有探测距

8、离远、体积小等优点，重配置法。延时线法是采用延时线产生更小的时拍因此，在城市三维建模和工业测量等领域得到了广泛来提高时间测量精度。文中采用FPGA内部加法应用⋯。器进位链作为基本延时单元进行高精度时间测量。数字化的时间间隔测量方案相对于模拟法，具有抗干扰能力强、受温度等影响小的优势，主要分为简单1总体设计方案计数法、插值法和延时线法三类。简单计数法精确度文中使用Xilinx公司的Virtex6系列XC6VLX一收稿日期：2013—11—13修回日期：2014—02—17网络出版时间：2014—0