基于FPGA与TDC-GPX2的数字延时发生器设计

传统的用于LIBS检测系统的延时发生器虽然具有较高的延时精度,但是存在体积较大、价格较高的缺陷,设计出一种基于FPGA与TDC-GPX2结合的、成本较低、能够满足LIBS使用的数字延时发生器是十分必要的。该延时器以FPGA为核心处理器,结合了等离子体光电检测电路模块、脉宽检测模块、按键输入模块、高速比较电路,FPGA内部通过计数器延时原理将信号进行延时,用外置键盘设置其延时量,时间测量模块测量延时前后两路信号时间差进行验证。实验测得的数据和结果表明,该数字延时发生器输出信号的上升沿小于4 ns,下降沿小于3 ns,延时精度较高,工作性能稳定,可以满足实际应用需求。

TDC-GPX在卫星激光测距中的应用

利用高精度时间测量芯片TDC-GPX以提高卫星激光测距系统中的时间测量精度,再结合FPGA的大规模数字集成设计,从而提高了卫星激光测距系统的测量精度。

基于TDC-GPX2的精密时间间隔测量仪设计

为满足科学研究和工程应用中对多通道、高精度时间间隔测量的需求,基于TDC-GPX2时间数字转换芯片设计了一款四通道精密时间间隔测量仪,根据功能控制模块的设置,仪器可实现对不同通道输入信号时间间隔的高精度测量。详细论述了系统的测量原理,硬件组成和软件设计,并搭建实验平台对仪器的性能进行测试与分析。实验结果表明:设计的时间间隔测量仪测量精度优于20 ps,并具有良好的准确性,接入5 MHz的时钟参考其量程可达3.34 s,基本满足大多数时间频率应用领域对测量设备的性能需求。

基于FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统设计

针对传统相位测距系统精度不高和结构复杂等缺陷,设计出一种基于FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统。该系统首先设计了激光发射和接收部分的光学结构,其次设计了硬件系统中的光电检测电路和混频电路,最后采用数字转换芯片TDC-GPX2测量发射信号和反射信号的时间差,并以FPGA为核心处理器进行数字鉴相将时间差转化为相位差,从而求解出测距距离。实验测得的数据和结果表明,该测距系统简单实用且测量性能较高,使用TDC-GPX2芯片可将测距精度控制在毫米量级范围内,满足实际应用需求。

TDC-GPX在飞行时间测量系统中的应用

介绍了基于专用时间数字转换芯片TDC-GPX设计的飞行时间测量系统的基本结构和工作原理,并且详细介绍了TDC-GPX的工作方式。描述了如何利用FPGA对TDC-GPX进行基本配置和数据采集。最后,对TDC-GPX的功能进行了测试,得出了在飞行时间为42.6 ns时飞行时间测量系统分辨率优于4%。

TDC-GPX-based synchronization scheme for QKD system

To meet the needs of signal alignment between the transmitter and receiver in a quantum key distribution(QKD) system, we put forward a TDC-GPX-based synchronization scheme, which is based on high-precision time measurement. We send a low-frequency repeat optical pulse synchronized with associated quantum signals on the receiver's side by using a time-to-digital converter(TDC)module, the time intervals between quantum signals, and synchronization signals measured and converted to corresponding temporal orders to complete the synchronization.We state the principle of the synchronization scheme in detail and then verify it in an actual QKD test bed. The test results show that our TDC-GPX-based synchronization can obtain a time resolution better than 100 ps, and the proposed scheme shows full feasibility for an actual QKD system.

激光雷达多路距离测量系统设计

为了实现阵列激光雷达发射单脉冲激光瞬间3维成像,解决多路激光距离测量问题,采用并行处理架构设计了25路并行距离测量系统,由4个测量单元和1个复用单元构成1个多核并行处理机。每个测量单元包含8路跨阻放大器和8路高速比较器、1片TDC-GPX芯片和1个STM32处理器;复用单元由现场可编程门阵列实现多路测量数据打包,并通过USB2.0完成数据上传。结果表明,多路激光测距误差小于25cm;测量系统具有开放性,测量通道数易于扩展,子板可互换;并提出了按距离分段的误差校正方法,无须重复测量多次,可在单脉冲探测下直接校正测距数据。这为研制更高精度的阵列激光雷达系统奠定了一定的基础。

面阵激光雷达多通道时间间隔测量系统研制

为解决APD面阵激光雷达多路激光飞行时间测量这一关键技术,研制了多通道高精度并行时间间隔测量系统。系统硬件由研制的4个基本测量单元和1个数据打包单元组成,系统软件采用事件驱动模式编程,利用循环FIFO和中断技术实现与上位机数据通信。被研发的测时系统应用于5×5光纤阵列耦合APD面阵激光雷达试验后,面阵激光雷达所有25个通道最大的距离标准偏差为4.22 cm,测距偏差为-6.41 cm^10.58 cm,达到面阵激光雷达测距精度要求。

雪崩光电二极管线阵激光雷达多路飞行时间并行测量系统研究

设计并实现了8路高精度时间间隔并行测量系统,解决了1×8雪崩光电二极管(APD)线阵激光雷达同时测量8路激光回波飞行时间的问题。系统硬件由计时板和控制板组成,具有互换性和扩展性;计时板包含1片可测量8路激光飞行时间的TDC-GPX芯片;控制板包含1片ARM STM32处理器,用于配置TDC-GPX芯片、读取测量数据、并上传数据至PC机。系统软件采用事件驱动模式编程,并融合了循环FIFO数据结构与中断技术。由测距实验及数据分析表明:该系统稳定可靠,不同通道距离测量一致性误差小于2 ns。

基于TDC技术的光纤延迟时间测试与实现

提出了一种基于时间数字转换(TDC)技术的光纤延迟线延迟时间测试方法,介绍了以TDC-GPX芯片为核心,通过对两路脉冲激光的高速差分检测的光纤延迟测试系统,并对各个功能模块和测试流程进行了说明,为光纤延迟线延迟时间的快速、准确测量提供一种解决方案。

二维激光告警中的激光脉宽测量技术研究

针对二维激光告警中对于军用激光脉冲宽度测量的需要,设计一种分辨率达到皮秒级别的激光脉宽测量系统。设计了光电探测电路及高精度时间数字转换电路,通过高速光电探测器及其放大电路将激光脉冲信号转换成电信号,后经高精度时间数字转换电路来测量激光脉冲宽度,采用专用芯片TDC-GPX2来实现时间数字转换,该测量系统可测量出激光器发出的最小脉宽5 ns,脉冲上升时间4 ns。最后,通过与其他激光脉冲宽度测量方案对比,表明该系统稳定性和脉宽测量精度均能达到了实际应用要求。

量子密钥分发光源时序校准系统设计

针对量子密钥分发终端设备中八路量子态光信号在设备出口处存在固有时间偏差的问题,设计了一套以TDC-GPX为核心的量子密钥分发光源时序校准系统。系统对量子态光信号进行光电转换、信号调理,使用高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX分时对调理后的脉冲电信号进行采集,并通过FPGA进行数据处理,调整八路光信号的发光时间,使其满足在时间上的不可分辨性。测试结果表明,系统测量精度小于80 ps,用于实际量子密钥分发待校准设备中的校准性能良好,满足校准要求。

基于双阈值前沿时刻鉴别法的高频脉冲激光测距系统

百千赫兹量级测量重复频率和亚厘米量级测量精度的脉冲激光测距系统是激光测距领域的研究热点之一。分析研究了基于皮秒脉冲激光器的激光测距系统的实现原理和方法,针对激光脉宽极窄的特点,使用双阈值前沿时刻鉴别法和电压比较器输出数字信号的脉宽控制方法,并配合TDC-GPX高精度时间数字转换芯片,达到了设计要求。实验结果表明:测距系统工作稳定可靠,测量重复频率达到500kHz,单次测距精度范围为[4mm,10mm]。