Bezpośredni przetwornik czas-liczba z kodowaniem wielokrotnym

• Autorzy: Szplet R. , Sondej D. , Grzęda G.

Warianty tytułu

EN

A direct time-to-digital converter with multiple coding

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule opisane są projekt i wyniki badań przetwornika czas-liczba o rozdzielczości 5,3 ps (1 LSB) i zakresie pomiarowym 428 ps. Do przetwarzania czasowo-cyfrowego użyta została metoda kodowania wielokrotnego. Metoda ta umożliwia pokonanie ograniczeń technologicznych współczesnych układów scalonych i uzyskanie wartości rozdzielczości mniejszej niż czas propagacji pojedynczej komórki linii kodującej. Przetwornik został zrealizowany w układzie programowalnym Spartan-6 firmy Xilinx.

EN

This paper presents the implementation and tests results of a time-to-digital converter based on the wave union method and implemented in Spartan-6 FPGA (Xilinx). The converter has the resolution of 5,3 ps (1 LSB) in the measurement range of 428 ps and the integral nonlinearity of 3,8 LSB (Fig. 7). In the wave union method, contrary to the typical conversion methods with a single coding, the resolution is lower than the FPGA cell delay thanks to coding several transitions of the time event signal (Fig. 2). In addition, the linearity of conversion is increased by reducing the width of wide bins. Although, using a multi-transition pattern gives better performance, it also brings more problems to be solved. The main problems such as implementation of a pattern generator for certain amount of transitions, minimal delays between transitions and elimination of bubble errors are discussed in this paper. The pattern generator (Fig. 3) is implemented with use of a carry chain. It enables controlling the pattern by means of diagnostic and measurement software. Bubble errors (Fig. 4) are eliminated with a fast asynchronous encoder (Fig. 5). The diagnostic-control software (Fig. 6) allows to configure the pattern generator, launch the measurement session and generate a text file with all information needed to calculate conversion characteristics of the time-to-digital converter.

Słowa kluczowe

PL

precyzyjna metrologia czasu; przetwornik czas-liczba; metoda kodowania wielokrotnego; układy FPGA

EN

precise time metrology; time-to-digital converter; wave union method; FPGA devices

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 8
• Strony: 842--844
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Szplet R.

• Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa 49

autor

Sondej D.

• Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa 49

autor

Grzęda G.

• Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa 49

Bibliografia

• [1] Kalisz J.: Review of methods for time interval, Metrologia, vol. 41, no. 1, 2004.
• [2] Wu J., Shi Z.: The 10-ps Wave Union TDC: Improving FPGA TDC Resolution beyond Its Cell Delay, IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 2008, str. 3440–3446.
• [3] Jansson J., Mantyniemi A., Kostamovaara J.: A CMOS time-to-digital converter with better than 10 ps single-shot precision; Journal of Solid-State Circuits, vol. 41, no. 6, 2006, str. 1286-1296.
• [4] Szplet R., Jachna Z., Kwiatkowski P., Różyc K.: A 2.9 ps equivalent resolution interpolating time counter based on multiple independent coding lines, Measurement Science and Technology, vol. 24, no. 3, 2013.
• [5] Cova S., Bertolaccini M.: Differential linearity testing and precision calibration of multichannel time sorters, Nuclear Instruments and Methods, vol. 77, no. 2, 1970.
• [6] Xilinx, Spartan-6 FPGA Configurable Logic Block User Guide, User Guide, February 2010.
• [7] Kwiatkowski P., Szymanowski R., Szplet R.: Identyfikacja parametrów dynamicznych linii szybkich przeniesień oraz globalnych linii zegarowych w układach programowalnych Spartan-6, XVI Konferencja naukowa Reprogramowalne Układy Cyfrowe, 23-24 maja 2013, Szczecin.