0 引言

时间是物理学的7个基本物理量之一^[1]，在物理学发展中起到重要作用，精确地获取研究对象的时间信息具有重要意义。对时间信息的获取可以由时间数字转换器(Time to Digital Converter，TDC)来实现，TDC将时间信息转换为二进制数字编码，输出到后端分析，得到具体时间信息。TDC广泛应用在高能物理、卫星授时、导航定位、数字通信、医学成像等领域^[2-5]。

TDC有多种实现方法，包括直接计数法、时间间隔扩展法、时间幅度转换法、多相位时钟法、游标法、抽头延迟链法、差分延迟链法等，各种方法既可以独立使用，又可以配合使用，实现从低精度到高精度、从细时间到粗时间的时间测量。从技术上划分，TDC的实现可以分为模拟方法和数字方法；从平台上划分，TDC可以在专用集成电路平台(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、FPGA等平台上实现。ASIC-TDC的测量精度、稳定性较高，一般都是针对某一特定场景应用设计，不具有通用性和可扩展能力，并且开发ASIC芯片的周期很长；FPGA-TDC具有开发周期短、成本低、设计灵活等优点，但是精度和稳定性较差。随着开云棋牌官网在线客服制造工艺的进步，FPGA-TDC的测量精度和稳定性等同步提高，实现高精度FPGA-TDC具有重要研究意义。

目前，实现高精度FPGA-TDC的研究主要集中在几个方面^[2，6-9]：(1)FPGA-TDC的实现，使用FPGA内部资源实现高精度TDC，把时间信息转换成二进制数字编码；(2)TDC码宽的自动校准，选择合适的校准方法，校准TDC码宽，降低FPGA制造工艺、工作电压、工作温度(Process、Voltage、Temperature，PVT)等对TDC的影响；(3)针对TDC码宽的不一致性，如何降低测量误差，进一步提高测试精度；(4)动态监测并实时校准TDC码宽，针对特殊要求(如航天等)进行冗余设计等。对FPGA-TDC的研究主要集中在前述的第1、第3方面，在不同FPGA平台上实现进位链TDC。受限于进位链的线性度，TDC的线性较差，导致时间测量精度下降。通过多链单次测量求平均^[1，8，10]或者单链多次测量求平均[11-12]的方法，可以提高TDC的线性和时间测量精度。对TDC的码宽的动态监测、冗余设计等，一般应用在航空航天等特殊领域^[2]。对于单链TDC的码宽校准和抽头方式方面(前述第2方面)，缺少较为深入的研究。

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作者信息：

李海涛1，李斌康1，2，田 耕1，2，阮林波1，2，吕宗璟1

(1.西北核技术研究所，陕西 西安710024；2.强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，陕西 西安710024)