FPGA快速进位链驱动的高精度TDC电路设计与应用

本文主要探讨了一种创新的时间数字转换电路设计，该电路利用了现场可编程门阵列(FPGA)技术，特别是Xilinx Virtex-4芯片，实现了高速和高精度的时间转换。电路的核心是基于快速进位链的设计，通过延迟内插技术和双链结构来克服寄存器阵列输出结果受建立/保持时间影响的问题。这种设计策略使得电路能够在保持高分辨率的同时，减少了电路设计中的不确定性。 该电路的分辨率达到了惊人的59.19 ps，这是通过半周期平均延迟测试方法实现的，这在时间间隔测量领域，特别是在皮秒级的精密测量中具有重要意义。这种技术在航天航空、激光测距、原子物理实验以及集成电路参数测量等应用中具有显著的优势，因为它提供了灵活且成本效益高的解决方案。 设计过程中，电路采用使能控制模块，确保寄存器阵列输出结果的锁定时间控制在一个时钟周期内，从而提高了转换的实时性和准确性。同时，作者利用FPGA Editor软件对电路中的单级延迟宏单元进行配置，并采用用户约束文件代替传统的手工布局布线，极大地增强了电路的可移植性和适应性。 在实验验证阶段，该电路成功地对实测芯片中的CLB（复杂逻辑块）组合开关参数进行了测试，结果显示这些参数值符合数据手册给出的预期范围，进一步验证了电路设计的有效性和稳定性。 这项工作不仅展示了FPGA技术在时间数字转换电路设计中的潜力，还突出了其在高精度、低成本和灵活性方面的优势，对于推动相关领域的技术发展具有积极的推动作用。在未来，随着半导体技术的不断进步，这种基于FPGA的时间数字转换电路有望在更多应用场景中得到广泛应用。