FPGA-TDC技术：皮秒分辨率的低成本解决方案

本文主要探讨的是皮秒分辨率的FPGA-TDC（Time-to-Digital Converter，时序到数字转换器）技术研究。TDC作为一种关键的测量设备，在众多领域如时频测量、卫星导航、雷达定位、激光测距、核物理和粒子物理探测中发挥着至关重要的作用，其测量精度直接影响到这些领域的前沿发展。目前，皮秒级别的分辨率通常依赖于ASIC（Application-Specific Integrated Circuit，专用集成电路）芯片，尽管它们提供了极高的精度，但代价是高昂的成本和漫长的开发周期。 然而，鉴于ASIC芯片的局限性，文章关注的是如何利用成本更低、开发周期更短且灵活性更高的FPGA（Field-Programmable Gate Array，可编程逻辑阵列）来实现皮秒分辨率的TDC。传统的FPGA实现方法，如直接计数法，虽然能够提供一定的分辨率，但在FPGA上实现更高的精度面临挑战。 为了克服这一难题，论文提出了一个创新的解决方案——基于自由延迟单元的TDC实现方法。这种方法摒弃了传统方式中对固定延时单元的依赖，通过设计可调整的延迟单元，能够动态地优化延迟时间，从而在保持低成本和快速开发的同时，提升FPGA-TDC的测量分辨率至皮秒级别。这种方法不仅解决了精度问题，还提高了设计的灵活性，为实际应用中的高精度时间测量提供了新的可能性。 本文深入研究了TDC的基本原理、FPGA与ASIC的对比，以及改进后的FPGA-TDC技术的具体实现细节和性能优化策略。作者张敏在王海副教授的指导下，通过对现有技术和问题的分析，展示了皮秒分辨率FPGA-TDC技术研究的重要性和实用性，这对于推动相关领域技术进步和降低成本具有重要意义。 此外，论文还包含了关于学术诚信的声明，确保了研究的原创性和公正性，以及对西安电子科技大学关于学位论文使用授权的规定的遵循。整个研究工作展示了作者严谨的科研态度和创新思维，对于提高FPGA在高精度时间测量中的应用有着深远的影响。