Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Algorytmy minimalizacji błędu bąbelkowego w precyzyjnej metrologii odcinka czasu

Gurski Maciej, Frankowski Robert, Zieliński Marek

Przegląd Elektrotechniczny

|

2021

|

R. 97, nr 10

100--102

PL

Referat dotyczy zagadnień związanych z konstrukcją wysokorozdzielczych systemów przeznaczonych do precyzyjnego pomiaru odcinka czasu implementowanych w strukturach programowalnych FPGA. Zawarto w nim najistotniejsze informacje na temat zastosowanych algorytmów sortowania segmentów linii wymaganych do uzyskania systemów o większej liniowości i rozdzielczości czasowej. Zaproponowane podejście umożliwia skuteczną minimalizację wpływu błędu bąbelkowego na proces przetwarzania.

EN

The paper describes issues related to the design of high-resolution time-interval measuring systems implemented in FPGA programmable structures. It contains the most important information on the applied of the line's segment sorting algorithms required to obtain systems with higher time resolution and linearity. The proposed approach makes it possible to effectively minimize the impact of bubble error on the conversion process. The presented solution is important from the perspective of designing high-resolution TDCs operating with multiplied delay lines.

2

A High-Speed Fully Digital Phase-Synchronizer Implemented in a Field Programmable Gate Array Device

Frankowski R., Chaberski D., Kowalski M., Zieliński M.

Metrology and Measurement Systems

|

2017

|

Vol. 24, nr 3

537--550

EN

Most systems used in quantum physics experiments require the efficient and simultaneous recording different multi-photon coincidence detection events. In such experiments, the single-photon gated counting systems can be applicable. The main sources of errors in these systems are both instability of the clock source and their imperfect synchronization with the excitation source. Below, we propose a solution for improvement of the metrological parameters of such measuring systems. Thus, we designed a novel integrated circuit dedicated to registration of signals from a photon number resolving detectors including a phase synchronizer module. This paper presents the architecture of a high-resolution (~60 ps) digital phase synchronizer module cooperating with a multi-channel coincidence counter. The main characteristic feature of the presented system is its ability to fast synchronization (requiring only one clock period) with the measuring process. Therefore, it is designed to work with various excitation sources of a very wide frequency range. Implementation of the phase synchronizer module in an FPGA device enabled to reduce the synchronization error value from 2.857 ns to 214.8 ps.

3

Time interval measurement module implemented in SoC FPGA device

Grzęda G., Szplet R.

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2016

|

Vol. 62, No. 3

237--246

EN

We presents the design and test results of a picosecond-precision time interval measurement module, integrated as a System-on-Chip in an FPGA device. Implementing a complete measurement instrument of a high precision in one chip with the processing unit gives an opportunity to cut down the size of the final product and to lower its cost. Such approach challenges the constructor with several design issues, like reduction of voltage noise, propagating through power lines common for the instrument and processing unit, or establishing buses efficient enough to transport mass measurement data. The general concept of the system, design hierarchy, detailed hardware and software solutions are presented in this article. Also, system test results are depicted with comparison to traditional ways of building a measurement instrument.

4

A study of the effect of temperature changes on the interpolating time counter

Sondej D., Szplet R.

Measurement Automation Monitoring

|

2015

|

Vol. 61, No. 7

302--304

EN

This paper presents an analysis of the impact of ambient temperature changes on main parameters of the interpolating time counter. The performed tests reveal that a relatively small change in the ambient temperature of 1°C causes a measurement error of the counter as large as 3.5 ps. The thorough research of two stages of interpolation of the counter allowed determining the main sources of the error. One of them is the temperature drift of widths of four-phase clock (FPC) segments in the first interpolation stage (FIS). It equals 2.5 ps/°C. The widths of FPC phases directly influence the active range of the second interpolation stage (SIS) and its offset. The test results also show that the temperature drift of the offset has a greater impact on the measurement accuracy than the temperature-driven changes of quantization steps in SIS. The presented conclusions are the first step to develop a new method for reducing the impact of changes in the ambient temperature on the measurement accuracy of the interpolating time counter.

5

Badanie nieliniowości w precyzyjnym pomiarze przedziału czasu dla wybranych typów częstościomierzy-czasomierzy

Urban A., Czubla A., Osmyk R., Szterk P., Krehlik P., Śliwczyński Ł.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2014

|

Nr 38

81--84

PL

Celem niniejszego artykułu jest zaprezentowanie metody i wyników badań nad nieliniowością częstościomierzyczasomierzy w pomiarach precyzyjnych przedziałów czasu, prowadzonych w GUM przy współpracy z AGH. Dokonano porównań wyników pomiarów dla częstościomierzy-czasomierzy SR620 i HP 53132A zarówno stałych i zmiennych przedziałów czasu. Potwierdzono przydatność dwukanałowego generatora/dzielnika typu Dual Channel 1/100 PPS Generator oraz komparatora częstotliwości typu A7-MX.

EN

In this paper we present the method and the last results of verification of nonlinearities in time interval measurements with the usage of Time Interval Counters (TIC), performed at Central Office of Measures (GUM) with cooperation of AGH University of Science and Technology. We consider the non-ideal operation of TIC manifested by fluctuations of differences between the current indication of TIC and the real value of the measured time interval. We observed instabilities of indications of TIC, even if the measured time interval is keeping constant. For verification of TIC operation at continuously changed time intervals, it was set up a special measurement system that performs simultaneous measurements of the phasetime changes between two standard frequency signals (with the usage of A7-MX standard frequency comparator) and time intervals between two pulse signals (with the usage of TIC under test). Due to applying a special, developed by AGH, dual channel 1/100 pps generator, the measured 1 pps (1 pulse per second) and 10 MHz signals are standardized and the phasetime between 1 pps and 10 MHz signals are kept in pairs constant. Differences between the indications of TIC and the proper measurement results for frequency allow to verify internal nonlinearities of TIC in time interval measurements. Here, we show and shortly discuss the results obtained for SR620 and 53132A universal counters. The obtained range of fluctuations of indications of SR6200 with relation to the measured time interval approaches about 190 ps, and for 53132A – about 450 ps, whereas the observed short-term noise of measurement for SR620 is about 10 ps, and for 53132A – about 100 ps typically. It was confirmed the complex and random influence of many factors on operation of TIC. Our investigation will be continued with the usage of 100 pps (100 pulses per second) signals and with automatic switching of the measured pulse signals in pairs.

6

Development of an embedded FPGA-based data acquisition system dedicated to zero power reactor noise experiments

Arkani M., Khalafi H., Vosoughi N.

Metrology and Measurement Systems

|

2014

|

Vol. 21, nr 3

433--446

EN

An embedded time interval data acquisition system (DAS) is developed for zero power reactor (ZPR) noise experiments. The system is capable of measuring the correlation or probability distribution of a random process. The design is totally implemented on a single Field Programmable Gate Array (FPGA). The architecture is tested on different FPGA platforms with different speed grades and hardware resources. Generic experimental values for time resolution and inter-event dead time of the system are 2.22 ns and 6.67 ns respectively. The DAS can record around 48-bit x 790 kS/s utilizing its built-in fast memory. The system can measure very long time intervals due to its 48-bit timing structure design. As the architecture can work on a typical FPGA, this is a low cost experimental tool and needs little time to be established. In addition, revisions are easily possible through its reprogramming capability. The performance of the system is checked and verified experimentally.

7

14-ps precision time interval counter in CMOS ASIC

Klepacki K., Szplet R.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2013

|

Vol. 54, nr 2

42-46

EN

This paper describes a design and test results of time interval counter (TIC), which provides a high precision of 14.4 ps within a wide measurement range of 1 ms. To achieve these parameters the counting method with a two-stage interpolation within a single clock period is involved. A subgate delay resolution is obtained with the aid of the differentia delay line technique. To diminish the nonlinearities of conversion and finally to improve the precision of measurement a novel matrix of differential delay lines is proposed. The TIC is implemented as an Application Specific Integrated Circuit (ASIC) in 0.35 µm CMOS process.

PL

W artykule przedstawiono projekt i wyniki badań licznika czasu o precyzji pomiaru 14.4 ps i zakresie pomiarowym powyżej 1 ms. Osiągnięcie wysokiej precyzji i szerokiego zakresu pomiarowego było możliwe dzięki zastosowaniu metody licznikowej i dwustopniowej interpolacji. Zastosowanie różnicowej linii kodującej w drugim stopniu interpolacji pozwoliło osiągnąć rozdzielczość pomiaru mniejszą niż opóźnienie pojedynczego bufora. Zaproponowana matryca kodująca z różnicowymi liniami kodującymi zmniejsza nieliniowość konwersji i w efekcie zwiększa precyzję pomiaru odcinka czasu. Licznik czasu zaprojektowano i wykonano w technologii CMOS 0.35 µm jako układ specjalizowanych (ASIC).

8

Quantization error in time-to-digital converters

Zaworski Ł., Chaberski D., Kowalski M., Zieliński M.

Metrology and Measurement Systems

|

2012

|

Vol. 19, nr 1

115-122

EN

Methods of time interval measurement can be divided into asynchronous and synchronous approaches. It is well known that in asynchronous methods of time-interval measurement, uncertainty can be reduced by using statistical averaging. The motivation of this paper is an investigation of averaging in time interval measurements, especially in a synchronous measurement. In this article, authors are considering the method of averaging to reduce the influence of quantization error on measurement uncertainty in synchronous time-interval measurement systems, when dispersion of results, caused by noise is present. A mathematical model of averaging, which is followed by the results of numerical simulations of averaging of measurement series is presented. The analysis of results leads to the conclusion that in particular conditions the influence of the quantization error on measurement uncertainty can be minimized by statistical averaging, similar to asynchronous measurements.

9

Kalibracja systemu pomiaru odcinka czasu przeznaczonego do badania fluktuacji fazowych generatorów kwarcowych

Kowalski M., Frankowski R., Zieliński M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2011

|

R. 87, nr 10

214-219

PL

W ogólności proces kalibracji polega na porównaniu wskazań systemu badanego oraz wskazań systemu referencyjnego. Referat ten poświęcony jest kalibracji systemu pomiaru odcinka czasu przeznaczonego do pomiaru fluktuacji fazowych, w którym generator systemowy i generator badany posiadają zbliżone parametry.

EN

Generally calibration process is a comparison between indications of the studied system and indications of the standard system. This paper describes the time interval measurement system (TIMS) calibration process where the system clock and the standard clock have similar parameters.

10

Wysokorozdzielczy dwukanałowy system Box-Car implementowany w strukturze układu programowalnego Virtex4 dla zastosowań fizyki kwantowej

Frankowski R., Wasilewski W., Kowalski M., Zieliński M.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2008

|

Vol. 49, nr 5

21-23

PL

Przedstawiono nowy, dwukanałowy system zliczający zdarzenia w bramkach czasowych przeznaczony do rejestracji i przetwarzania sygnałów z fotodiod lawinowych. Zastosowanie wysoko rozdzielczej linii opóźniającej pozwala na synchronizację sygnału zegara referencyjnego z procesem badanym oraz zmniejszenie liczby rejestrowanych zliczeń ciemnych. Zgromadzone dane przetwarzane są przez wbudowany w układ programowalny 32-bitowy procesor PowerPC i przesyłane poprzez złącze Ethernet do komputera PC. Wykorzystanie zasobów układu programowalnego Virtex4 pozwala na uzyskanie informacji o całkowitej liczbie zliczonych fotonów jak i historii rejestrowanych zdarzeń.

EN

We present a novel, two channel gated counting system for processing signals from avalanche photodiodes. Employment of a high-resolution delay line allows to synchronize reference clock and process under investigation and suppressing dark counts. Collected data are processed by 32-bit PowerPC processor embedded-in the programmable device and sent to PC through Ethernet. Resources of Virtex4 allow us to collect information about both total count number as well as complete event history. This enables use of our device in quantum cryptography and systems diagnosing single photon sources.

11

Badanie fluktuacji czasu ustalania przerzutnika

Grzelak S., Zieliński M., Chaberski D., Wydźgowski L.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2007

|

R. 53, nr 9 bis

695--697

PL

Zjawisko metastabilności występujące w przerzutnikach podzielono na dwa różne efekty. Pierwszy dotyczy zwiększonego czasu propagacji, a drugi przypadkowości w ustalaniu stanu wyjściowego. Przedstawiono uogólniony model przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem. Zaproponowano metodę pomiaru dodatkowego parametru zinterpretowanego jako poziom fluktuacji czasu ustalania, dla wprowadzonego modelu. Przeprowadzono pomiary przerzutników zaimplementowanych w strukturze FPGA wykonanej w technologii 180 nm. Wartość wprowadzonego parametru w modelu ma znaczenie w wysokorozdzielczej metrologii odcinków czasowych i może wpływać na sumaryczny błąd losowy mierzonego odcinka czasu.

EN

The metastability effect is discussed in this paper as two separated effects. The first concerns the increase of the propagation time and the second concerns the random character of output states. The generalized model of the flip-flop was introduced. The measurements method of the setup time fluctuation is presented. The results of measurements for the flip-flops implemented in the FPGA structure are also discussed.

12

Scalony licznik czasu o rozdzielczości 50 ps w reprogramowalnym układzie FPGA

Szplet R., Jachna Z., Kalisz J.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2006

|

Vol. 47, nr 9

41-45

PL

Opisano budowę, zasadę działania oraz wyniki badań scalonego licznika czasu o rozdzielczości 50 ps i niepewności pomiarowej poniżej 60 ps. Do pomiaru odcinka czasu użyto metodę interpolacji dwustopniowej. W pierwszym stopniu interpolacji wykorzystano zegar wielofazowy, a w drugim cyfrowe linie opóźniające. Licznik czasu został wykonany w reprogramowalnym układzie FPGA (Field Programmable Gate Array). Artykuł zawiera również opis oprogramowania diagnostycznego umożliwiającego kalibrację licznika, wykonywanie pomiarów oraz gromadzenie, przetwarzanie i zobrazowanie wyników pomiarów.

EN

This paper describes the design, operation and test results of an integrated time counter with a 50 ps resolution and the standard measurement uncertainty below 60 ps. The time interval is measured with the use of the two-stage interpolation method. A multiphase clock and digital delay lines are used in the first and second stages of interpolation, respectively. Time counter is implemented in a single reprogrammable FPGA (Field Programmable Gate Array) device. Additionally, we describe the control/diagnostic software that allows calibration of the counter, measurement control as well as, processing and displaying of measurement data.

13

Precyzyjny licznik czasu i częstotliwości z interfejsem PCI

Kalisz J., Jachna Z., Szplet R., Różyc K.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2006

|

Vol. 55, nr sp.

43-58

PL

Opisujemy budowę, działanie i wyniki pomiarów testowych precyzyjnego licznika czasu i częstotliwości, zrealizowanego w postaci karty komputerowej z interfejsem PCI. Pomiar odcinka czasu jest realizowany przy użyciu interpolacyjnej metody Nutta i specjalistycznego układu scalonego, wykonanego w technologii CMOS FPGA oraz zawierającego dwa interpolatory czasu. Licznik umożliwia pomiary odcinka czasu z rozdzielczością 200 ps i typowej niepewności pomiarowej ok. 150 ps, oraz pomiary częstotliwości metodą odwrotnościową do 3,5 GHz. Wbudowane są procedury specjalistyczne do kalibracji licznika, korekcji zegara, pomiaru różnicy częstotliwości i dewiacji Allana. Dzięki zastosowaniu szybkiej pamięci buforowej FIFO uzyskano dużą szybkość pomiarów, sięgającą 1.66⋅10⁶ pomiarów na sekundę przy transmisji danych do pamięci FIFO.

EN

We describe the design, operation and test results of a precise time and frequency counter, built as a computer board with PCI interface. The time interval is measured with the use of the Nutt interpolation method implemented in a CMOS FPGA device containing two proprietary time interpolators. The time interval can be measured with a 200 ps resolution and the measurement uncertainty typically of about 150 ps. The frequency can be measured up to 3.5 GHz using the reciprocal method. Special routines have been built-in for counter calibration, clock correction, measurement of frequency difference, and Allan deviation. Thanks to the use of a fast FIFO memory, a high measurement rate has been achieved, reaching 1.66⋅10⁶ measurements per second when transferring data to FIFO memory.

14

Integrated time-to-digital converter circuits for a pulsed time-of-flight laser radar

Kostamovaara J., Mantyniemi A., Raisanen-Ruotsalainen E.

Metrology and Measurement Systems

|

2003

|

Vol. 10, nr 3

253-269

EN

The pulsed time-of-flight laser range finding techniques based on a laser diode transmitter have shown great potential in industrial distance measurement applications such as the measurement of level heights in silos, positioning of tools and vehicles, velocity measurement, anti-collision radars and in proximity sensors, for example, giving a mm-level accuracy even to non-cooperative targets in a range of tens of meters. The usability of technology could be further enhanced if the laser radar could be realized as an integrated micro-module giving advantage in power consumption, size and price. The necessity for this is the realization of the basic laser radar functions, the receiver and the time interval measurement unit, as high-performance integrated circuits. Inspired by this aim, the present article describes the realization and performance of two integrated time-to-digital converters based on analogue time-to-amplitude conversion and digital delay line interpolation techniques. These circuits are realized in BiCMOS and CMOS processes, respectively, and enable one to achieve a single shot precision of 20-30ps and picosecond level accuracy in a wide measurement range and varying operation conditions.

PL

Impulsowe dalmierze laserowe są szeroko stosowane w wielu dziedzinach przemysłu, np. w geodezji i badaniach naukowych. Artykuł zawiera opisy projektów i wyniki testów dwóch scalonych konwertorów czasowo-cyfrowych opracowanych dla takich zastosowań. Pierwszy z nich wykorzystuje metodę przetwarzania czas/amplituda/liczba, a drugi metodę interpolacji z cyfrowymi liniami opóźniającymi. Układy te zostały zrealizowane jako scalone (ASIC) w technologii odpowiednio BiCMOS i CMOS. Uzyskano standardową niepewność pomiarową w zakresie 20-30 ps i wysoką stabilność w szerokim zakresie pomiarowym i przy zmiennych warunkach pracy.