基于时域计算优化TDC的模拟数字转换器设计

作者：胡兴元; 钱慧

来源：仪表技术, 2023, (05): 28-33.

DOI：10.19432/j.cnki.issn1006-2394.2023.05.009

• 时域计算
• 时间触发器
• 模数转换器
• 时间数字转换器
• 现场可编程门阵列

提出一种基于时间域计算的模拟数字转换器，将输入的模拟信号经锯齿波与比较器电路转变为时间域信号，并对时间域信号进行高精度采集以完成模数转换；使用数字逻辑电路替换模拟电路完成模数转换功能，以达到在信号采集系统中替代高性能模拟数字转换器(ADC)的优化设计。提出了基于可编程门阵列(FPGA)实现时间触发器(TFF)的设计方案，利用更精细的基础器件对时间域信号进行存储和计算，实现脉宽扩展，以提高时间数字转换器(TDC)的采集精度。使用TFF对时间信号进行处理，减少了使用进位延时链构建的传统TDC在输入待测量信号时因多次采集和控制而带来的误差。实验表明：在Xilinx Artix-7 FPGA平台下，时间测量精度在22 ps以上；当采样频率为50 kHz时，采样精度可达20 bit,稳定工作精度为18 bit。