用于激光测距的高精度时间数字转换电路

针对大容量现场可编程门阵列(FPGA)时间数字转换电路线性度较差的问题,采用小容量FPGA实现了用于激光测距的高精度、高线性度时间数字转换电路。通过对高速计数器、数字插入方法、编码器硬件算法的研究,分析了影响时间数字转换电路精度和非线性误差的因素,提出了一种降低非线性误差的方法。首先,根据所分析的影响因素,解决了高速锁存的问题,在单片小容量FGPA XC2V250上实现了时间数字转换电路;接着,通过USB接口将携带时间信息的计数器值和温度计码转为二进制编码值传给PC机,进行计算和显示;最后,设计了延时测量电路,对所设计的时间数字转换电路进行了测试,得到了各个延时单元延时的大小,并进行了数据分析和处理。测试结果显示:时间数字转换电路单次测时分辨率约为80 ps,校正后可达40 ps左右,微分非线性误差为-0.524LSB^+0.448LSB,积分非线性误差为-1.598LSB^+1.492LSB,可以满足飞行时间法激光测距中高精度测时的要求。

77 K下碲镉汞APD探测器的高精度时间数字转换电路

碲镉汞雪崩光电二极管(HgCdTe APD)是目前红外焦平面技术前沿研究之一,低温下高精度时间标记读出电路是APD焦平面的基础,直接影响到APD红外焦平面性能。时间数字转换电路(TDC)是实现高精度时间标记的方法之一。基于对低温下金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)器件的分析,设计了一款游标型TDC电路,该方法利用同步计数器量化整数倍周期,实现粗计数6 bits的输出;通过片上锁相环倍频的高频时钟来量化不足一个时钟周期的部分,以实现精计数6 bits的输出。电路采用标准互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺流片,工作在120 MHz的主频与77 K下测试得到,能够分辨最小精度为236.28 ps,其中微分非线性为-0.54~0.71 LSB,积分非线性为-1.32~1.21 LSB。

三种轴角/数字转换电路介绍

介绍了三种适用于自动控制工程领域的轴角/数字转换电路,重点介绍了用于高速、高精度定位系统的轴角/数字转换电路。

自动跟踪型加速度计电流数字转换电路数字闭环控制研究

自动跟踪型加速度计电流数字转换电路的稳定运行需要优化系统控制器的比例积分微分(Proportional Integral Derivative,PID)参数,但是调整参数时多采用试凑、经验判断等方法,此类方法存在调节时间长、控制精度低的问题。针对这一问题,提出了基于根轨迹法求解控制系统的PID参数。此方法首先构建连续控制系统的数学模型,采用根轨迹法求解控制系统的校正控制器参数,校正后的控制系统动态性能指标接近期望值,-3dB带宽达到6.2kHz;然后,采用连续域-离散化设计法对连续域控制器进行离散化处理;最后,基于Simulink分别构建连续域与离散域的闭环控制系统仿真模型。仿真结果表明,两个系统的阶跃响应曲线特性基本相同。在离散域中,输入单位阶跃信号时,系统稳定且输出稳态误差为0。仿真结果可用于电流数字转换电路控制参数优化。

基于FPGA的高精度时间数字转换电路设计

时间数字转换电路(TDC)的分辨率、线性度、温度适应范围等参数指标直接影响着激光雷达系统的测距精度和成像清晰度.基于Xilinx Artix-7系列28 nm工艺的现场可编程门阵列(FPGA)芯片,设计了一种以进位链为延时单元的高分辨率双链三路TDC.该TDC可打破延时单元的分辨率限制,细分进位链中的宽码,具有低成本、高分辨率的优势.设计了流水线编码电路,以提高逻辑单元的使用效率,采用码密度方案逐一确定bin宽的精确值和等效分辨率.调用FPGA中赛灵思的特殊模数转换器(XADC)模块测量芯片温度,进而转换为温度校准系数,修正测量值.常温(27℃)下的等效bin宽为5.63 ps,方均根测量数值为11.7 ps,电路可在5~85℃温度范围内完成温度补偿.相比于六链延时线TDC,双链三路TDC具有相近的指标参数,并使FPGA逻辑资源使用降低约43.1%,芯片功耗降低约36.8%.

基于FPGA的移相时钟数字内插TDC电路设计与实现

为实现高精度航天设备时序信号的地面检测,设计了一套基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的专用地面检测系统,时间数字转换电路(TDC)是该系统的关键部件。该电路采用数字内插技术,使用高频时钟直接计数进行“粗”测保证检测系统量程,再利用待测信号跳变沿锁存移相时钟电平状态进行“细”测提高测量精度。分析了测量误差来源并提出了相应解决办法。实验结果表明,该电路测量分辨率满足0.2 ns设计值,重复性引起的测量不确定度小于0.1 ns。

定位技术中基于FPGA的TDC电路设计与实现

分析及对比了各种定位方法和时间间隔的测量方法,针对室内定位系统,采用了到达时间差法(TDOA)来定位.设计了一种基于FPGA的延时链内插型时间数字转换(TDC)电路,采用Xilinx公司的Spartan-6系列FPGA实现这一设计.整个TDC系统分为精细时间测量模块、逻辑控制模块、粗计数器模块以及数据显示模块.首先介绍了室内定位技术和TDC的研究现状,然后描述了TDC的系统框架和每个部分的原理与设计,重点讲述了精细时间测量模块的设计,最后给出了仿真结果和TDC系统的实测结果,时间间隔测量精度小于200ps,满足室内定位系统的需求.

DAM中波广播发射机的A/D转换电路探究

中波广播发射机模拟/数字(Analog/Digital,A/D)转换技术主要是通过转换电路将来自模拟输入电路中的音频+直流信号转变为12 bit的数字信号,从而实现信号传播与辐射。通过详细分析中波广播发射机的A/D转换电路工作原理,找出其中存在的问题并提出相应的优化措施,从而为下一阶段数字资产管理(Digital Asset Management,DAM)中波广播发射机信号覆盖范围的提升起到一定的推进作用,保障节目播出的高质量和不间断性。

时间测量电路系统的设计

研究设计了一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)技术设计的时间数字转换电路,其具有将多通道时间信号转化为数字信号,数据缓存处理,以及多通道数据组合输出的功能。采用FPGA技术,利用Xilinx公司Virtex II Pro系列芯片XC2VP30-FF896,采用粗时间和细时间相结合的计数计算方法设计时间数字转换电路模块。采用状态机设计的方法,利用FIFO管道实现准确有效地传输数据,解决了多通道传输所带来的数据重复的问题。该时间测量电路系统的设计具有精度高、成本低和应用领域广泛等特点。

一种带有亚稳态消除电路的TDC设计方案

时间间隔测量技术在原子物理、激光测距、定位定时等方面有着重要的应用,因此,高精度的时间数字转换电路TDC(Time-to-Digital Converter)在科学研究和工程实践中扮演着重要的角色;本次提出的TDC设计方案功耗为400μW,工作在512MHz,实现了250 ps的测量精度和1μs的测量范围,但是TDC在进行时间间隔测量量化时往往受到亚稳态制约。通过加入相位判断逻辑,TDC的积分非线性降低到0.25 LSB,而差分非线性降低到了0.5 LSB,可以完全消除TDC量化时间间隔时遇到的亚稳态问题。

大面阵InGaAs基线性APD单片激光雷达读出电路

基于大面阵InGaAs基线性背照工作模式APD光敏芯片,采用SMIC 0.35μm 3.3 V CMOS工艺实现了一款单片集成面阵激光雷达读出电路。电路芯片与APD光敏芯片的每个像元通过In柱互连,实现电流脉冲的有效传输与接收。仿真和测试表明,基于可调节共源共栅输入级和自偏置共源放大级的像元级前置放大器实现了等效5μA@2.5 ns脉宽的电流检测灵敏度;在片上125 MHz主时钟下,基于计数型和压控延迟型的二段式像元级TDC,通过多相位时钟插值技术实现了1 ns的高精度时间分辨率;采用分时供电的工作模式,32×32面阵读出电路芯片功耗节省了65%。

用于超快光计时的时间数字转换器

设计了一款基于延迟锁定环(DLL)和同步计数器结构的10位片上时间数字转换电路(TDC)。采用两步层级设计方法,利用同步计数器进行粗量化输出6位二进制码,量化时钟周期的整数倍,再利用高性能差分DLL输出16路固定相移的时钟信号采样,精量化不足一个时钟周期的部分,输出4位温度计码。该结构可以提供较好的精度、动态范围以及转换速度,与传统的子门延时TDC相比,该结构TDC占用的芯片面积更少,转换速度更高,受工艺、电压及温度影响更少。仿真结果表明:该TDC具有LSB 62.5ps和MSB 64ns的动态范围,满足一般与时间相关的单光子计数需要。

可用太阳能电池供电的锂电池充电管理芯片CN3063应用电路

CN3063简介 CN3063输入电压范围是4．35V～6V；片内功率晶体管；不需要外部限流二极管和电流检测电阻；内部集成有8位模拟-数字转换电路，能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，可用在利用太阳能电池等输出电流能力有限的电压源供电的锂电池充电应用中。

一种应用于大阵列的低功耗宽范围三段式TDC电路设计

传统的多段式TDC电路结构随着分辨率精度的提高变得十分复杂,在阵列结构中的应用受到限制。电路设计在传统两段式TDC电路结构基础上,将高段位进行二次拆分,通过计数锁存/传输电路复用的结构,完成一种低功耗宽范围的时间数字转换。同时简化电路和缩小面积,使其可以应用于大阵列系统中。该时间数字转换电路在TSMC 0.35μm工艺、3.3 V电源电压条件下进行了仿真验证。在输入环振时钟为143.4 MHz条件下,可达到分辨率精度0.87 ns,测试量程3.63μs,功耗约1.88 mW。

一种新型的步进电机闭环控制方式

介绍了一种新型的步进电机闭环控制方式,利用单片机控制CPLD产生环形脉冲驱动步进电机转动,并用自整角机和轴角/数字转换电路实时检测步进电机的转动角度并反馈到单片机,从而形成高性能的步进电机闭环数控系统.

一种新型宽频域全数字锁相环的研究与设计

针对传统锁相环研究中电路结构复杂、鉴相精度不高、锁相范围窄等问题,提出一种新型全数字锁相环。与传统锁相环相比,鉴相模块中的时间数字转换电路能将鉴相误差转换为高精度数字信号,一种双边沿触发的数字环路滤波器取代了传统的数字环路滤波器的电路结构,采用可变模分频器来替换传统的固定模分频器。应用EDA技术完成了系统设计,并采用QuartusⅡ软件进行了系统仿真验证。仿真结果表明:该锁相环锁相范围约为800 Hz^1 MHz,系统锁定时间最快为10个左右输入信号周期,且具有锁相范围大、精度高、电路结构简单和易于集成等特点。

基于单片机的三相电源的设计

主要针对单片机的三相电源的设计,分析整体方案的设计思路,给出系统框架,并对关键模块进行介绍,最后对主体程序和波形数据发送程序逻辑进行设计,从而实现三相电源信号器的功能。

基于LON网络的实验系统

介绍了基于LonWorks现场总线实验系统的构成、各部分电路的硬件结构、工作原理、软件实现和可以开设的实验内容。投入使用后 ,结果证明该实验系统能满足教学要求 。