60皮秒FPGA精准时间测量系统：基于Nutt方法与高效资源利用

本篇论文主要探讨的是基于时间标记的60皮秒FPGA精密时间测量系统的设计与实现。时间数字转换器(TDC)在诸多领域，如激光测距、粒子物理学实验以及医疗成像中的PET技术中发挥着关键作用，尤其在需要精确记录多次事件发生时间的场景中。为了提高测量精度，文章借鉴Nutt方法，将时间测量分为粗时间和细时间两个层次，其中细时间测量要求达到小于一个时钟周期的准确性。 作者提出了一种资源高效的FPGA实现策略，该系统设计的核心是利用FPGA的可编程逻辑，如通过锁相环 PLL 进行倍频和相位调整，或者采用差分/抽头延迟线来直接测量时间。这些方法旨在减少延迟链资源的消耗，并最大化信道的利用效率。此外，针对延迟单元的非线性问题，采用了码密度测试的方法进行解决，这有助于提高整个系统的稳定性和精度。 系统框图展示了测量电路的设计，能够同时处理多个输入信号，确保了系统的灵活性和多通道支持。作者的目标是在满足高性能要求的同时，降低硬件成本和复杂度，这对于现代科学研究和工程应用来说具有重要意义。本文的研究成果基于国家重大科研仪器设备专项的支持，由陈晖等人共同完成，陈晖作为主要研究者，专注于FPGA和集成电路领域。 这篇论文深入探讨了如何利用FPGA技术实现高精度、低延迟的时间测量系统，对于精密测量技术的发展和在实际应用中的优化具有重要的理论价值和实践指导意义。