基于飛行時間法的納秒量級時間間隔測量系統(tǒng)研制

⑥分辨率調(diào)整模式：通過軟件對分辨率進(jìn)行石英準(zhǔn)確性調(diào)整。

⑦有四個端口用來測量電阻、電容和電感。測量輸入的邊緣靈敏性是可調(diào)的。

⑧有效的內(nèi)置16位運(yùn)算器，測量結(jié)果可以被校準(zhǔn)或者乘以一個24位的整數(shù)。

⑨運(yùn)算器用于計算的時間是獨(dú)立于外部時鐘的，整個校準(zhǔn)和乘法的時間大約為4μs。

⑩內(nèi)部最多可存儲4個校準(zhǔn)值或者8個非校準(zhǔn)測量值。

⑾校準(zhǔn)和控制時鐘頻率為500 kHz～35 MHz(高于100 MHZ將用到內(nèi)部的前置配器)。

⑿工業(yè)溫度范圍為-40～+85℃；工作電壓：2.7～5.5 V；低功耗，可用電池驅(qū)動。

TDC-GPI提供了三種測量方式供用戶選擇，其具體參數(shù)和時序邏輯如下所示：

(1)測量范圍一

GP1據(jù)供了兩個測量通道；每個通道的分辨率是250 ps，它基本的測量范圍是15位。兩個通道具有完全相同的分辨率，共用一個START信號和至多四個獨(dú)立的STOP輸入信號進(jìn)行比較，最小時限為15 ns。START和STOP信號必須持續(xù)2.5 ns以上，否則芯片無法辨識。STOP信號之間可進(jìn)行相互的比較，無最小時限。量程為3 ns～7.6μs，兩個通道可進(jìn)行排序，這樣可使1通道允許8個脈沖輸入，但通道2的STOP輸入被忽略。測量時序如圖2所示。

(2)測量范圍二

為進(jìn)行大量程時間測量，芯片引入了一個16位的前置配器。該模式下芯片只有通道1可用，正常精度模式下允許4個脈沖輸入。STOP信號之間不能相互比較，僅STOP與STSR信號可進(jìn)行比較。最大量程60 ns～200 ms。測量時序如圖3所示。

其測量原理如下：輸入START信號芯片內(nèi)部迅速測量出這個信號與下一個校準(zhǔn)時鐘上升沿的時差tPC1，之后計數(shù)器開始工作，得到此前置配器的工作周期數(shù)period。這時重新激活芯片內(nèi)部測量單元，測量出輸入的STOP信號的第一個脈沖上升沿與下一個校準(zhǔn)時鐘上升沿的時差tpc2，tpc3是STOP信號的第二個脈沖上升沿與校準(zhǔn)時鐘上升沿的時差。tcal1十一個校準(zhǔn)時鐘周期，tcal2是兩個校準(zhǔn)時鐘周期。根據(jù)圖6可以得出START信號與STOP信號第一個脈沖的時間間隔為：

cc表示前置配器的計數(shù)值。

(3)精度可調(diào)整模式

在此模式下兩通道數(shù)值有非常精確的校準(zhǔn)環(huán)路，精度可以通過程序中的設(shè)置來調(diào)整，精度可調(diào)整模式不需要START信號。因此最多只能通過通道1和通道2共引入8個STOP輸人，此時任意兩個STOP信號均可以進(jìn)行比較，量程為3 ns～3.8μs，但芯片耗電量比較大，大約為25 mA。其測量時序如圖4所示。