基于FPGA的单光子时间数字转换器设计

来源：电子测量技术杂志2024年第5期北京时间：

作者：何继爱，辛家乐，石麟泰

单位：兰州理工大学 计算机与通信学院 兰州 730050

摘要：针对单光子计数器对高速飞行光子时间测量的高分辨率要求，传统的TDC在时间测量上存在误差较大的不足。本文设计了一种利用FPGA内部逻辑延迟单元Carry4级联构建延迟链的TDC。该方法首先使用子链平均的方式进行数据采样，避免数据“气泡”。其次，结合码密度测试和bin-by-bin校准将各级延迟单元宽度校准至接近均匀宽度，提高系统的测量精度。最后，通过Vivado软件仿真并烧录至ZYNQ7000进行板级测试，实验结果表明，该TDC能够在3 ns的动态时间范围内实现时间分辨率10.91 ps，差分非线性(DNL)范围为［-0.75, 1.01］LSB，积分非线性(INL)范围为［-1.74, 2.19］LSB。

关键词：FPGA;时间数字转换;Carry4;码密度测试;差分非线性;积分非线性

基金资助：国家自然科学基金(62361040)项目资助