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基于FPGA环形振荡电路的温度测量优化
1
作者
朱忠峻
胡定华
+1 位作者
李强
周凯航
《电子测量与仪器学报》
北大核心
2025年第3期102-114,共13页
环形振荡电路作为一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的温度传感器,因其结构简单、成本低廉且易于集成的优势,在温度检测领域得到了广泛应用。然而,环形振荡电路的测温精度易受多种因素的影响,包括非门个数、非门布局、振荡频率、采样时长...
环形振荡电路作为一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的温度传感器,因其结构简单、成本低廉且易于集成的优势,在温度检测领域得到了广泛应用。然而,环形振荡电路的测温精度易受多种因素的影响,包括非门个数、非门布局、振荡频率、采样时长、采样间隔以及冷却时间等设计和操作参数。因此,如何优化这些参数以提升测温精度具有重要的研究意义。基于控制变量法,系统地分析了上述关键参数对环形振荡电路测温性能的影响。首先,通过实验研究不同非门个数对振荡频率与测温误差的影响,发现非门个数的增加会降低振荡频率;进一步实验表明,将非门个数优化设置为40~48,可获得最佳的测温精度和分辨率。此外,对非门布局进行了深入分析,发现同可编程逻辑块(CLB)下左右Slice互连的延迟远大于跨CLB的互连延迟,通过布局优化选用特定的布局可以有效增加延迟,进而优化测温精度。通过对比采样时长、采样间隔及冷却时间等参数组合,提出了最优的系统参数配置。在最佳参数组合下的实验验证显示,温度误差最低可减少0.5℃,在25℃~85℃环境下相较于对比参数组合,平均温度误差从2.0℃下降到了1.2℃,降低了0.7℃,且在65℃以上的环境下,温度误差能够稳定控制在±1℃以内。最终结果证明,提出的参数优化方法显著提升了环形振荡电路的测温精度,为FPGA温度传感器的设计和应用提供了有力支持。
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关键词
温度传感器
环形振荡电路
传感器阵列
现场可编程门阵列(FPGA)
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职称材料
基于可触发环形振荡器的高精度时间间隔测量
被引量：
15
2
作者
卜朝晖
常仙云
+2 位作者
陈文星
郑政
陈之纯
《仪器仪表学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第5期10-18,共9页
提出了一种新的高精度时间间隔测量方法,该方法利用代表事件的短脉冲去触发一个高速环形振荡电路,产生一个与该事件同步的时钟信号,该时钟信号随后被用作模-数转换器(ADC)的采样时钟去采样一个正弦参考信号。因此,两个事件之间的时间间...
提出了一种新的高精度时间间隔测量方法,该方法利用代表事件的短脉冲去触发一个高速环形振荡电路,产生一个与该事件同步的时钟信号,该时钟信号随后被用作模-数转换器(ADC)的采样时钟去采样一个正弦参考信号。因此,两个事件之间的时间间隔被映射成正弦参考信号上的两个点之间的初始相位差,随后对有限数量的样本进行全相位快速傅里叶变换(apFFT)运算,准确地计算出这个初始相位差,进而可以准确获得两个事件之间的时间间隔。该测量方法降低了工程实现的难度,当正弦参考信号的频率为10MHz,ADC的采样频率为133MHz、分辨率为12bits,apFFT运算点数为4096时,可以获得约2.8ps rms的单次测量精度和约Ips的时间分辨率,误差分布接近正态,实验结果与基于理论分析的误差范围一致。
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关键词
时间间隔测量
可触发
环形振荡电路
全相位快速傅里叶变换算法
御原子钟
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职称材料
题名
基于FPGA环形振荡电路的温度测量优化
1
作者
朱忠峻
胡定华
李强
周凯航
机构
南京理工大学能源与动力工程学院
出处
《电子测量与仪器学报》
北大核心
2025年第3期102-114,共13页
基金
国家自然科学基金(52276070,92473204)项目资助。
文摘
环形振荡电路作为一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的温度传感器,因其结构简单、成本低廉且易于集成的优势,在温度检测领域得到了广泛应用。然而,环形振荡电路的测温精度易受多种因素的影响,包括非门个数、非门布局、振荡频率、采样时长、采样间隔以及冷却时间等设计和操作参数。因此,如何优化这些参数以提升测温精度具有重要的研究意义。基于控制变量法,系统地分析了上述关键参数对环形振荡电路测温性能的影响。首先,通过实验研究不同非门个数对振荡频率与测温误差的影响,发现非门个数的增加会降低振荡频率;进一步实验表明,将非门个数优化设置为40~48,可获得最佳的测温精度和分辨率。此外,对非门布局进行了深入分析,发现同可编程逻辑块(CLB)下左右Slice互连的延迟远大于跨CLB的互连延迟,通过布局优化选用特定的布局可以有效增加延迟,进而优化测温精度。通过对比采样时长、采样间隔及冷却时间等参数组合,提出了最优的系统参数配置。在最佳参数组合下的实验验证显示,温度误差最低可减少0.5℃,在25℃~85℃环境下相较于对比参数组合,平均温度误差从2.0℃下降到了1.2℃,降低了0.7℃,且在65℃以上的环境下,温度误差能够稳定控制在±1℃以内。最终结果证明,提出的参数优化方法显著提升了环形振荡电路的测温精度,为FPGA温度传感器的设计和应用提供了有力支持。
关键词
温度传感器
环形振荡电路
传感器阵列
现场可编程门阵列(FPGA)
Keywords
temperature sensor
ring oscillator
sensor array
field programmable logic gate array(FPGA)
分类号
TN431.2 [电子电信—微电子学与固体电子学]
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职称材料
题名
基于可触发环形振荡器的高精度时间间隔测量
被引量：
15
2
作者
卜朝晖
常仙云
陈文星
郑政
陈之纯
机构
上海理工大学
中国科学院上海天文台
中国科学院上海技术物理研究所
出处
《仪器仪表学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第5期10-18,共9页
基金
国家自然科学基金委员会-中国科学院天文联合基金(U1531129)资助项目
文摘
提出了一种新的高精度时间间隔测量方法,该方法利用代表事件的短脉冲去触发一个高速环形振荡电路,产生一个与该事件同步的时钟信号,该时钟信号随后被用作模-数转换器(ADC)的采样时钟去采样一个正弦参考信号。因此,两个事件之间的时间间隔被映射成正弦参考信号上的两个点之间的初始相位差,随后对有限数量的样本进行全相位快速傅里叶变换(apFFT)运算,准确地计算出这个初始相位差,进而可以准确获得两个事件之间的时间间隔。该测量方法降低了工程实现的难度,当正弦参考信号的频率为10MHz,ADC的采样频率为133MHz、分辨率为12bits,apFFT运算点数为4096时,可以获得约2.8ps rms的单次测量精度和约Ips的时间分辨率,误差分布接近正态,实验结果与基于理论分析的误差范围一致。
关键词
时间间隔测量
可触发
环形振荡电路
全相位快速傅里叶变换算法
御原子钟
Keywords
time interval measurement
triggerable ring oscillator circuit
all-phase FFT algorithm
rubidium atomic clock
分类号
TN874.1 [电子电信—信息与通信工程]
TH714 [机械工程—测试计量技术及仪器]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于FPGA环形振荡电路的温度测量优化
朱忠峻
胡定华
李强
周凯航
《电子测量与仪器学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
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职称材料
2
基于可触发环形振荡器的高精度时间间隔测量
卜朝晖
常仙云
陈文星
郑政
陈之纯
《仪器仪表学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
15
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职称材料
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