基于 20 nm Cyclone-10 GX FPGA 实现的高分辨率时间数字转换器

摘要:

在实现精密时间测量的基于现场可编程门阵列（FPGA）的时间数字转换器（TDC）中，提升测量分辨率和精度是设计和实现TDC 过程中面临的严峻挑战。在本研究中，我们设计了一种超前进位延迟链架构，并将交替采样方法与在线校准和bin 重新调整方法相结合。我们充分利用了Cyclone-10 GX（10CX220YF780E5G）硬件中的自适应逻辑模块（ALM），这是一款 20纳米制程的低功耗、低成本 FPGA 器件。我们充分考虑了因 FPGA 制造工艺、供电电压、工作温度等因素引入的测量非线性并提出了相应的在线校准方法进行补偿，基于对双通道精密时间测量结果的分析，TDC实现了优于4.8 ps的均方根测量分辨率、更低的非线性以及更短的死区时间。

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