基于TDC的时间间隔测量技术的研究

论文摘要

时间是物质存在和运动的基本属性之一,为一切动力学系统和时序过程的测量和定量研究提供了必不可少的时基坐标。本文在分析了各种时间测量方法的基础上,主要研究了基于TDC的时间间隔测量技术和基于模拟时间放大法的时间放大技术,并采用DSP作为控制器,设计了时间间隔测量系统。本文根据恒定电流对电容充放电时,电容电压和充放电时间成线性关系的原理,设计了时间放大模块,实现了被测时间间隔信号的放大。通过该模块和TDC测量模块相结合,提高了时间间隔测量系统分辨率和测量精度。本文对时间信号在传递过程中出现的传播延迟和TDC进行时间-数字转换时产生的响应延迟对测量结果的影响作了深入分析,针对实际转换曲线偏离理想转换曲线所导致测量误差的增大,采用了基于延迟线法的实验验证方法,通过求取测量系统的实际转换曲线,确定系统的偏移,减小了测量误差。采用了根据实际转换曲线和理想转换曲线求取误差曲线的方法,对测量结果进行非线性校正,减小了测量过程中的非线性误差,提高了测量系统的精度。实验结果表明,采用时间放大技术提高系统分辨率、求取系统的偏移值进行偏移校正和对系统进行非线性校正的方法,减小了测量误差、提高了系统的测量精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 时间间隔测量技术实现基础
• 1.4 时间间隔测量技术发展趋势
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 时间间隔测量方法
• 2.1 时间间隔测量方法基本原理
• 2.2 时间间隔测量方法的比较与分析
• 2.3 TDC 的时间间隔测量方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 时间间隔测量系统的测量原理
• 3.1 引言
• 3.2 TDC 测量模块介绍
• 3.2.1 TDC-GP1 内部结构
• 3.2.2 TDC-GP1 测量原理
• 3.3 时间放大模块工作原理
• 3.3.1 时间放大原理
• 3.3.2 时间放大模块的延迟对系统的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 时间间隔测量系统的实现
• 4.1 时间间隔测量系统的组成
• 4.2 TDC 测量模块设计
• 4.2.1 参考时钟设计
• 4.2.2 接口设计
• 4.2.3 TDC-GP1 通道选择
• 4.2.4 TDC-GP1 电源设计
• 4.3 DSP 控制模块设计
• 4.3.1 DSP 硬件设计
• 4.3.2 DSP 软件设计
• 4.4 时间放大模块设计
• 4.4.1 时间放大模块硬件电路设计
• 4.4.2 时间放大模块测试
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验系统校正和误差分析
• 5.1 系统实验验证方法
• 5.2 TDC 模块内部偏移校正
• 5.3 TDC 测量模块线性校正
• 5.3.1 系统的线性校正设计
• 5.3.2 微分非线性
• 5.3.3 积分非线性
• 5.4 精度测试
• 5.5 测量系统的误差分析
• 5.5.1 系统误差
• 5.5.2 随机误差
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢