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基于FPGA的单光子时间数字转换器设计 被引量:2
1
作者 何继爱 辛家乐 石麟泰 《电子测量技术》 北大核心 2024年第5期16-21,共6页
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”... 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。 展开更多
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
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基于TDC的时间数字转换模块研制 被引量:1
2
作者 李良辉 千奕 +4 位作者 孔洁 杨振雷 王晓辉 杨海波 苏弘 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2015年第12期1263-1266,共4页
介绍了用于MWDC前端电子学读出信号测量的时间数字读出模块的研制。该模块基于FPGA强大的逻辑控制功能与数据处理能力,采用高精度、小封装、低功耗、低成本的专用时间数字转换芯片实现设计。测试结果表明该模块时间分辨好于55 ps,积分... 介绍了用于MWDC前端电子学读出信号测量的时间数字读出模块的研制。该模块基于FPGA强大的逻辑控制功能与数据处理能力,采用高精度、小封装、低功耗、低成本的专用时间数字转换芯片实现设计。测试结果表明该模块时间分辨好于55 ps,积分非线性好于1 LSB,微分非线性好于0.01%,能够满足应用需求。 展开更多
关键词 tdc-GP21 时间数字转换 模块 现场可编程门阵列
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时间数字转换(TDC)IP核设计与低功耗优化 被引量:2
3
作者 郑熠 李惠军 +2 位作者 赵守磊 朱小兰 魏丽 《电力系统及其自动化学报》 CSCD 北大核心 2010年第3期138-141,共4页
时间数字转换系统用于功耗要求严格的超声波流量测控片上系统SOC(System On a Chip)。为此,提出了基于时间数字转换技术TDC(time-to-digital coversion)和时钟计数技术相结合的架构模式,并根据集成电路功耗来源与低功耗优化思路进行了... 时间数字转换系统用于功耗要求严格的超声波流量测控片上系统SOC(System On a Chip)。为此,提出了基于时间数字转换技术TDC(time-to-digital coversion)和时钟计数技术相结合的架构模式,并根据集成电路功耗来源与低功耗优化思路进行了门控时钟、门级电路功耗优化、多阈值电压低功耗优化。优化结果表明:以多阈值电压优化架构来降低系统级功耗,其效果比门控时钟优化的效果更为明显,功耗较优化前降低约30%,能满足本系统较严格的低功耗的设计要求。 展开更多
关键词 专用集成电路 高精度 大量程 低功耗 时间数字转换
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多通道高精度时间-数字转换器的研制 被引量:2
4
作者 李清江 徐欣 +3 位作者 孙兆林 李楠 李耀立 周振 《质谱学报》 EI CAS CSCD 2010年第1期28-33,共6页
介绍了一种基于USB2.0接口的多通道高精度时间一数字转换器(time-to—digital converter,TDC)的设计与实现。完成了NIM-LVPECL电平转换电路、高速串并转换电路、基于FPGA的数据处理及相关逻辑控制等单元电路的设计,最后给出了TDC... 介绍了一种基于USB2.0接口的多通道高精度时间一数字转换器(time-to—digital converter,TDC)的设计与实现。完成了NIM-LVPECL电平转换电路、高速串并转换电路、基于FPGA的数据处理及相关逻辑控制等单元电路的设计,最后给出了TDC的测试性能指标。结果表明,TDC的最小时间分辨率为403ps,测量时间范围为0-420 us,测量“死时间”〈13ns。TDC可广泛应用于高精度的时间间隔测量领域,特别是作为飞行时间质谱仪(time-of-flight mass spectrometer,TOF—MS)的数据采集卡。 展开更多
关键词 时间数字转换(tdc) 核仪器插件(NIM) 串并转换 FPGA 飞行时间质谱仪(TOF-MS)
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基于时空关系的高分辨率时间数字转换器 被引量:1
5
作者 许建华 张超 +2 位作者 王召利 范文晶 王海 《电测与仪表》 北大核心 2010年第2期60-63,共4页
本文介绍了一种利用时空关系来提高测量时间间隔精度的时间数字转换器(TDC),该转换器用固定长度的抽头传输线作为量化延时单元,对短时间间隔进行量化,其主要分为传输线、缓冲器和重合检测电路三个部分,本文对此进行了深入分析。这种时... 本文介绍了一种利用时空关系来提高测量时间间隔精度的时间数字转换器(TDC),该转换器用固定长度的抽头传输线作为量化延时单元,对短时间间隔进行量化,其主要分为传输线、缓冲器和重合检测电路三个部分,本文对此进行了深入分析。这种时间数字转换器的一个优点是容易集成,我们做了个原型机来验证这个原理,在该原型机中使用印刷电路板上的微带线作为延迟线,最后实现了82ps的测量精度。 展开更多
关键词 时空关系 时间数字转换器(tdc) 时间间隔 延迟线 重合检测
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光子计数激光雷达时间-数字转换系统 被引量:12
6
作者 侯利冰 郭颖 +1 位作者 黄庚华 舒嵘 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期243-247,共5页
时间测量系统在激光雷达中主要用于激光脉冲飞行时间的测量,其性能直接影响着激光雷达的各项指标.基于FPGA设计了一种应用于光子计数激光雷达的时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统,利用延迟线内插在FPGA内部实现了高精... 时间测量系统在激光雷达中主要用于激光脉冲飞行时间的测量,其性能直接影响着激光雷达的各项指标.基于FPGA设计了一种应用于光子计数激光雷达的时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统,利用延迟线内插在FPGA内部实现了高精度的时间测量,通过实验分析,研究了TDC系统的性能及其应用于光子计数激光雷达后的效果.实验结果表明,TDC系统的时间分辨率达到29 ps,测时精度37 ps,能够实现9通道的高精度事件计时功能,用于光子计数激光雷达后,整个激光雷达系统的测时精度为421 ps,达到6.3 cm的距离测量精度,能够实现高精度高分辨率的激光三维成像. 展开更多
关键词 时间-数字转换系统 延迟线内插 光子计数 激光雷达
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基于FPGA的高精度时间数字转换方法研究 被引量:10
7
作者 安国臣 张秀清 +1 位作者 王晓君 刁彦华 《电测与仪表》 北大核心 2014年第2期76-80,共5页
高精度时间间隔测量是卫星授时、遥测及无源定位等领域中的一项关键技术,为此提出一种基于单片现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现时间数字转换(Time-to-Digital Conversion,TDC)的方法,详细介绍了延迟线内插法... 高精度时间间隔测量是卫星授时、遥测及无源定位等领域中的一项关键技术,为此提出一种基于单片现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现时间数字转换(Time-to-Digital Conversion,TDC)的方法,详细介绍了延迟线内插法的结构及工作原理,分析并比较了几种实现延迟线的方法,给出了利用FPGA内部进位链实现抽头延迟线的技术细节,以Altera公司的CycloneIII系列FPGA芯片实现了TDC的模型设计,并通过时序仿真完成了对该TDC模型的性能测试,有效地提高了时间测量精度。最小测量精度达71ps,测量范围约为0.67s。 展开更多
关键词 时间间隔测量 时间数字转换 延迟线内插法 现场可编程门阵列
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资源有限FPGA的多通道时间-数字转换系统 被引量:8
8
作者 吴军 王海伟 +4 位作者 郭颖 洪光烈 何志平 徐卫明 舒嵘 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期1208-1217,共10页
基于Xilinx XC2V3000芯片设计了一种应用于星载多通道快速激光三维成像雷达中的抗辐照增强型时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统。单板2片FPGA内实现了16通道高精度时间间隔测量。采用了多延时链冗余结构,每个测时通道由... 基于Xilinx XC2V3000芯片设计了一种应用于星载多通道快速激光三维成像雷达中的抗辐照增强型时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统。单板2片FPGA内实现了16通道高精度时间间隔测量。采用了多延时链冗余结构,每个测时通道由3个物理测时链路组成,最后通过三模冗余增强抗单粒子翻转能力。并应用了通道均匀性校准修正技术,解决了多通道测时均匀性问题。实验结果表明,系统测时精度达到62.9 ps,通道一致性较好,满足激光雷达三维成像要求,同时该技术方案具有低功耗、轻量化等特点。 展开更多
关键词 激光三维成像雷达 时间-数字转换系统 空间应用 资源有限 三模冗余
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高分辨率时间数字转换电路的PLD实现 被引量:7
9
作者 王福源 杨玉叶 +1 位作者 时伟 王玮 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期452-455,466,共5页
高分辨率时间数字转换系统(TDC)采用环形延时门单元(RGDS)高分辨率系统,在可编程器件(PLD)上实现,解决了延时门的综合、延时时间的离散性等问题。由于设计、实现和集成电路工艺无关,所以可以方便地移植到其他系统和PLD芯片中。本设计在A... 高分辨率时间数字转换系统(TDC)采用环形延时门单元(RGDS)高分辨率系统,在可编程器件(PLD)上实现,解决了延时门的综合、延时时间的离散性等问题。由于设计、实现和集成电路工艺无关,所以可以方便地移植到其他系统和PLD芯片中。本设计在Altera公司的CPLD芯片上的仿真测试表明,时间分辨率最高可达3.5ns。本实验通过了时序仿真和硬件测试。 展开更多
关键词 时间数字转换 可编程逻辑器件 环形延时门单元
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基于时间数字转换技术的超短时间间隔测量 被引量:5
10
作者 崔景霖 荣刚 +1 位作者 马明 郭颖 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2009年第4期19-22,共4页
当要求脉冲激光在近距离(几米范围内)进行高精度测距时,将会遇到纳秒级超短时间间隔测量的问题。采用时间数字转换技术(简称TDC)实现了时间间隔最小到2 ns的超短间隔的时间测量,并能实现皮秒级的测量分辨率,解决了传统的脉冲计数法在超... 当要求脉冲激光在近距离(几米范围内)进行高精度测距时,将会遇到纳秒级超短时间间隔测量的问题。采用时间数字转换技术(简称TDC)实现了时间间隔最小到2 ns的超短间隔的时间测量,并能实现皮秒级的测量分辨率,解决了传统的脉冲计数法在超短时间间隔测量领域无法适用的问题,可应用于近距离下精确定距或连续测距。 展开更多
关键词 激光测距 超短时间间隔测量 时间数字转换
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基于时间数字转换器的数字输出电子式互感器校验系统 被引量:6
11
作者 范洁 程含渺 +4 位作者 季欣荣 陈刚 周玉 陈霄 易永仙 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2014年第10期164-168,共5页
为了提高基于高精度采集卡的数字输出电子式互感器校验系统的相位测量精度,分析了其相位测量误差产生的原因。基于此,提出通过时间数字转换器(TDC)测量采集卡从触发采样到开始采样的时间差,再将该时间差换算为角度以校正相位,给出了所... 为了提高基于高精度采集卡的数字输出电子式互感器校验系统的相位测量精度,分析了其相位测量误差产生的原因。基于此,提出通过时间数字转换器(TDC)测量采集卡从触发采样到开始采样的时间差,再将该时间差换算为角度以校正相位,给出了所提方法在校验系统中的实现方法。对应用所提方法的校验系统的准确度进行理论分析,结果表明其测量准确度为0.05级,可用于校验精度为0.2级及以下的电子式互感器。 展开更多
关键词 电子式互感器 校验系统 采样 非同步 时间数字转换 相位校正 测量误差
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用于激光测距的高精度时间数字转换电路 被引量:13
12
作者 冯志辉 刘恩海 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2665-2671,共7页
针对大容量现场可编程门阵列(FPGA)时间数字转换电路线性度较差的问题,采用小容量FPGA实现了用于激光测距的高精度、高线性度时间数字转换电路。通过对高速计数器、数字插入方法、编码器硬件算法的研究,分析了影响时间数字转换电路精度... 针对大容量现场可编程门阵列(FPGA)时间数字转换电路线性度较差的问题,采用小容量FPGA实现了用于激光测距的高精度、高线性度时间数字转换电路。通过对高速计数器、数字插入方法、编码器硬件算法的研究,分析了影响时间数字转换电路精度和非线性误差的因素,提出了一种降低非线性误差的方法。首先,根据所分析的影响因素,解决了高速锁存的问题,在单片小容量FGPA XC2V250上实现了时间数字转换电路;接着,通过USB接口将携带时间信息的计数器值和温度计码转为二进制编码值传给PC机,进行计算和显示;最后,设计了延时测量电路,对所设计的时间数字转换电路进行了测试,得到了各个延时单元延时的大小,并进行了数据分析和处理。测试结果显示:时间数字转换电路单次测时分辨率约为80 ps,校正后可达40 ps左右,微分非线性误差为-0.524LSB^+0.448LSB,积分非线性误差为-1.598LSB^+1.492LSB,可以满足飞行时间法激光测距中高精度测时的要求。 展开更多
关键词 激光测距 时间数字转换电路 FPGA 非线性度
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基于时间-数字转换的精密时差测量系统设计 被引量:10
13
作者 王文川 韩焱 张丕状 《现代电子技术》 2009年第4期21-23,共3页
精密时差测量在激光测距、无源时差定位、航空遥控遥测等领域有着广泛的应用。提出时间-数字转换技术的时差测量方法,设计一种基于TDC-GP1的高精度时差测量系统,并介绍测量系统设计方法和软、硬件实现原理。所设计的系统具有配置灵活、... 精密时差测量在激光测距、无源时差定位、航空遥控遥测等领域有着广泛的应用。提出时间-数字转换技术的时差测量方法,设计一种基于TDC-GP1的高精度时差测量系统,并介绍测量系统设计方法和软、硬件实现原理。所设计的系统具有配置灵活、可靠性高、功耗低等优点。通过对实际测量数据的分析表明,系统可以实现纳秒级的时间间隔测量。 展开更多
关键词 时间数字转换 GP1 时差测量 微处理器
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一种全数字前馈式时间交织模数转换器时间误差后台校准算法 被引量:3
14
作者 邓红辉 闫辉 +1 位作者 肖瑞 陈红梅 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期410-417,共8页
该文设计实现了一种全数字前馈式时间交织模数转换器(TIADC)时间误差校准算法,其中采样时间误差提取采用改进的时间误差函数求导模块的前馈式提取方法,可以提高在输入信号频率较高时误差提取的准确度;同时,为了降低误差提取单元的复杂性... 该文设计实现了一种全数字前馈式时间交织模数转换器(TIADC)时间误差校准算法,其中采样时间误差提取采用改进的时间误差函数求导模块的前馈式提取方法,可以提高在输入信号频率较高时误差提取的准确度;同时,为了降低误差提取单元的复杂性,采用了以减法实现的时间误差函数;最后,采用基于1阶泰勒补偿完成时间误差的实时校正。仿真验证表明,应用于4通道14位TIADC系统,当输入信号为多频信号时,系统动态性能无杂散动态范围(SFDR)从48.6 dB提高到80.7 dB。与传统基于前馈校准结构对比,可以将有效校准输入信号带宽从0.19提高到0.39,提高了校准算法的应用范围。 展开更多
关键词 时间交织模数转换 时间误差数字校准 前馈式 时间误差函数
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一种时间-数字转换NIM插件的研制 被引量:4
15
作者 林延畅 王小斌 +3 位作者 陈少敏 高原宁 姜春华 钱文斌 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期68-71,共4页
介绍一种实现时间-数字转换(TDC)功能的单插宽NIM插件的研制。该TDC插件主要包括基于CPLD的13Bit双沿触发计数器与相关逻辑控制电路,基于高速比较器的NIM-TTL电平转换电路,基于ARM微处理器的读数与通讯控制电路,以及电源变换电路... 介绍一种实现时间-数字转换(TDC)功能的单插宽NIM插件的研制。该TDC插件主要包括基于CPLD的13Bit双沿触发计数器与相关逻辑控制电路,基于高速比较器的NIM-TTL电平转换电路,基于ARM微处理器的读数与通讯控制电路,以及电源变换电路等单元电路。它有两组输入端口,分别用于接收来自两个输入端或同一输入端上顺次到达的Start和Stop信号。采用50MHz基准时钟时,该插件的有效时间间隔测量范围为0-81.91bts,最小分辨率为10ns。初步参数测试结果,以及在“子寿命测量实验中的应用效果均表明,该TDC插件具有线性度好、电路简洁、可靠性高、功耗低,成本低,而且易于升级等特点。 展开更多
关键词 核仪器插件(NIM) 时间擞字转换(tdc) 双沿触发计数器 复杂可编程逻辑器件(CPLD) 高级精简指令集微处理器(ARM)
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正电子发射断层成像系统中数字化多通道时间数字转换研究 被引量:2
16
作者 王培林 李道武 +10 位作者 丰宝桐 帅磊 孙芸华 胡婷婷 魏书军 黄先超 廖燕飞 柴培 贠明凯 章志明 魏龙 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期637-640,共4页
利用现场可编程门阵列(FPGA)内部延迟链,对正电子发射断层成像(PET)系统中高精度时间数字转换(TDC)进行研究。采用粗时间和精细时间相结合的方式测量时间,粗时间利用时钟计数器实现,精细时间利用FPGA延迟链实现。测试时间测量的微分非... 利用现场可编程门阵列(FPGA)内部延迟链,对正电子发射断层成像(PET)系统中高精度时间数字转换(TDC)进行研究。采用粗时间和精细时间相结合的方式测量时间,粗时间利用时钟计数器实现,精细时间利用FPGA延迟链实现。测试时间测量的微分非线性和积分非线性,并在双探头PET实验平台上通过时间符合,对系统总体时间分辨进行测试。实验结果表明,TDC时间分辨达79.3ps,微分非线性为-0.2LSB/0.2LSB,积分非线性为-0.2LSB/0.3LSB,双探头PET实验系统总体时间分辨达2.1ns,可满足PET系统对时间测量的要求。 展开更多
关键词 正电子发射断层成像 时间数字转换 FPGA
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一种基于时间数字转换器的瞬时测频技术 被引量:9
17
作者 凌祥 张树森 《电子测量技术》 2016年第11期16-18,25,共4页
为了提高数字计数式瞬时测频的精度,提出了一种采用时间数字转换器(TDC)进行瞬时测频的新技术。通过对脉内的被测信号脉冲个数进行计数,并利用TDC测量输入信号的脉宽,可得到被测信号频率。在 FPGA 中设计了测频的基本时序,并完成... 为了提高数字计数式瞬时测频的精度,提出了一种采用时间数字转换器(TDC)进行瞬时测频的新技术。通过对脉内的被测信号脉冲个数进行计数,并利用TDC测量输入信号的脉宽,可得到被测信号频率。在 FPGA 中设计了测频的基本时序,并完成了对TDC的控制和数据计算。为了提高瞬时测频机工作的稳定性,设计了TDC的校准方法,通过在测量间歇期插入标准脉宽信号进行测量,以修正T DC的漂移。经测试表明,对于脉宽1μs、载频频率为1~2GHz的输入信号,该技术的测量精度约为0.3MHz,测量时间小于1μs。 展开更多
关键词 瞬时测频 测频精度 时间数字转换 测量校准
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基于FPGA的多通道高分辨率时间数字转换系统设计 被引量:13
18
作者 王飞 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2014年第6期664-669,共6页
设计了一种FPGA实现的基于多相位时钟脉冲计数的多通道高分辨率时间数字转换系统。利用多时钟脉冲计数技术,实现数倍于计数时钟频率的计时分辨率,同时实现简便、资源占用少、利于大规模扩展通道数的高精度时间测量需求。尤其适用于阵列... 设计了一种FPGA实现的基于多相位时钟脉冲计数的多通道高分辨率时间数字转换系统。利用多时钟脉冲计数技术,实现数倍于计数时钟频率的计时分辨率,同时实现简便、资源占用少、利于大规模扩展通道数的高精度时间测量需求。尤其适用于阵列光电探测器的激光脉冲飞行时间测量系统。设计实现了64通道、计时分辨率1.25 ns的系统并进行了实验验证。结果表明此系统测量结果标准差优于1 ns,计时分辨率仍有进一步提高的潜力。 展开更多
关键词 多通道时间测量 FPGA实现 时钟脉冲计数 时间数字转换
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时间数字转换模块读出接口设计 被引量:1
19
作者 宋海声 魏煜秦 +2 位作者 孔洁 杨海波 苏弘 《核电子学与探测技术》 北大核心 2017年第6期636-640,共5页
为解决时间数字转换TDC模块数据传输中遇到的连续性和可靠性问题,以用户数据包协议(UDP)作为通信协议,采用Cyclone III FPGA为控制芯片,针对重离子治癌项目中对时间间隔测量的要求,设计了基于FPGA的数据传输接口。测试结果表明:该系统... 为解决时间数字转换TDC模块数据传输中遇到的连续性和可靠性问题,以用户数据包协议(UDP)作为通信协议,采用Cyclone III FPGA为控制芯片,针对重离子治癌项目中对时间间隔测量的要求,设计了基于FPGA的数据传输接口。测试结果表明:该系统能稳定地与主机进行通信,可用于Inbeam PET影像装置中飞行时间的测量。 展开更多
关键词 时间数字转换 以太网 UDP PET
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16通道高分辨CAMAC时间数字转换器 被引量:1
20
作者 金革 佐佐木修 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 1999年第3期192-196,共5页
介绍一种16通道高分辨CAMAC时间数字转换器组件,具有12位动态范围,其最小时间分辨达26ps,16个通道的总变换时间仅15μs。该组件采用COMMONSTART模式,16个独立的STOP。该组件有两种读出方式:随... 介绍一种16通道高分辨CAMAC时间数字转换器组件,具有12位动态范围,其最小时间分辨达26ps,16个通道的总变换时间仅15μs。该组件采用COMMONSTART模式,16个独立的STOP。该组件有两种读出方式:随机读出和稀疏扫描读出方式。为了简化设计,提高组件的可靠性,在组件中TAC部分被设计成一个很小的模块,每个模块包含两路独立TAC,组件中共使用了8个这样的TAC模块。详细介绍了该16通道高分辨CAMAC时间数字转换器组件的原理。 展开更多
关键词 tdc CAMAC 分辨率 时间数字转换 核物理
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