用于激光雷达的大动态范围时间-幅度转换器

为了适配激光雷达测距系统,设计了一种量程和精度可调的大动态范围时间-幅度转换器(Time-to-Amplitude Converter,TAC)。该TAC ASIC采用计数器与模拟电压斜坡进行配合,显著拓展了量程。采用180 nm CMOS工艺对电路进行了设计,单个TAC通道面积为400μm×260μm。整体电路的转换周期和采样周期通过外部信号控制,量程和分辨率可以调节以适应复杂场景下的应用。仿真结果表明在20 MHz工作时钟下TAC的量程为6.4μs,测量分辨率为50 ps,微分非线性优于±0.05 LSB,积分非线性优于±0.8 LSB。该TAC具有良好的性能,适用于大动态范围的激光雷达测距系统。

一种改进式TAC的高精度时间间隔测量系统的实现

设计了一种基于改进式时间-幅度转换器(time-amplitude converter,TAC)的高精度时间间隔测量系统;该系统采用集成运放设计TAC中的电流可控的恒流源,并对TAC内部的积分控制部分加入宽带直流放大电路,来提高时间间隔测量的精确度;采用高精度的模数转换器采样TAC的输出,实现高精度时间间隔测量中的模拟到数字的转换;采用现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)完成系统软件设计,实现对TAC的控制;通过变换TAC的采样电阻的阻值,使恒流源输出不同的电流对电容进行充电,从而使TAC的输出电压满足高精度模数转换器(analog-digital converter,ADC)采集电压的要求;实验表明,在测量时间范围为1μs,800 ns,400 ns,200 ns时,该系统的时间间隔测量的最小时间精度为400 ps。

一种高精度时间间隔测量电路的设计

针对当前时间间隔测量存在精度低、分辨率低、测量时间间隔范围小的问题,本文设计了一种高精度、高分辨率的时间间隔测量电路.通过6个D触发器构成的组合逻辑电路和时序逻辑电路,将待测时间间隔t拆分为大于时钟周期的大时间间隔t^(12)与小于时钟周期的小时间间隔t^(1)和t^(2).FPGA在外部时钟的驱动下,采用直接计数法由内部计数器直接计数获取计数值Q,并与时钟周期相乘计算得到t^(12);采用时间-幅度转换法,将t^(1)和t^(2)作为高速开关的开断信号来控制电容的放电时间,实现了时间测量转换为模拟电压测量;使用16 bit高分辨率的ADC对电容放电前后的电压进行采集,结合电容放电前后的压差和恒流源下电容放电公式可得高分辨率的t^(1)和t^(2);最后将测量的t^(1),t^(2)和t^(12)传给上位机计算可得待测时间间隔t.理论分析和实验测量结果表明,电路时间间隔测量范围可达到106 s,分辨率优化到1.5 ps,测量精度达到10 ps.

时间频率信号精密测量计数器的设计与实现

在对时间频率信号计数器测量原理及测量误差分析的基础上,综合采用多周期同步法及时间-幅度转换方法,设计了LV-1606型通用频率计数器方案并完成了样机研制和指标测试。可以达到测量频率0.001 Hz^200 MHz,测量分辨率10位/s,时间测量20 ns^1 s,时间间隔测量分辨率60 ps,测量精度可达1 ns。该设计方法对测量仪器、深空通信、雷达测距、航空航天和导航定位等领域的精密时间频率信号测量具有借鉴意义。

中子墙探测器前端读出电子学电路设计的改进

本文介绍了一种基于复杂可编程逻辑器件设计的大规模探测器前端电子学系统电路,提出了一种优化的电路设计,它的主要功能是对中国科学院近代物理研究所在建的中子墙探测器的输出信号进行处理,实现了多路的信号甄别,能量-幅度装换(QAC),时间-幅度转换(TAC),多道信号输出等功能。突出特点:采用新型DMOS开关,测量精度高、功耗低、速度快、元件少等。在大型探测器阵列前端电子学系统中有着广泛的应用前景。