fpga实现tdc的设计 开题报告ppt课件

FPGA实现TDC的设计开题报告,学生：朱长峰指导老师：罗敏,关于TDC,TDC英文全名叫TimetoDigitalConverter，即时间数字转换器。TDC广泛应用于高能物理中粒子寿命检测，自动检测设备，激光探测，医疗图像扫描，相位测量，以及频率测量等研究领域。早期的TDC电路通常由PCB板上的分立元件组成，且通常是模拟数字混合电路，功耗体积较大，电路一致性较差。现代集成电路工艺使得TDC设计走向高集成度，低成本，低功耗发展趋势。,需要解决的问题,怎样实现时间测量？如何确保时间测量的精度？测量结果怎样转换为二进制数？如何用verilog代码来实现它？,时间测量的方法,时间测量方法主要有时钟周期计数法，时间模拟转换法(TAC)和时间数字转换法。其中时钟周期计数法的精度不高，有量化误差。时间数字转换法精度较高，但测量时间一般较短。由于要兼顾测量时间的长度和精度，我们将时间测量分为两部分，粗计时器和细计时器。粗计时器可以采用时钟周期计数法，细计数器则可采用时间数字转化法。,时钟周期计数法,时间数字转换法（TDC技术）,TDC技术是建立在R.Nutt在1968年提出的延迟线结构基础之上的，早期用同轴线来实现延迟线，为了实现高精度，通常需要众多的接头，电路很庞大，然而随着集成电路的发展，这种结构的计时器被移植到IC上，得到迅速推广。根据我的理解，TDC技术主要有两大部分组成，第一个是时间转换电路，用延迟线结构可以实现，第二是编码电路，是将所得的采样数据变为二进制码，即输出电路,经典Nutt延迟线基本原理,如图所示，整条延迟线由一组延迟时间一样的延迟单元组成，每个延迟单元配合一个触发器，触发器的时钟由时间脉冲的结束下降沿提供，很容易的我们可以看到时间脉冲结束后，触发器可以记录延迟多少个时间单位，将时间转化为了数字。但这个设计的采样精度常常满足不了要求，所以需要后续改进！,改进的TDC延迟线结构高精度时间间隔测量方法,由两组延迟单位不同的延迟线组成，其中Start延迟线单位延迟时间大于Stop的延迟时间，这样可以使得采样精度变为两者的单位延迟时间差。,测量数据的处理,假如如延迟线有128个延迟单元，即2的7次方，其中触发器Q值为1的个数就是时间测量采样的值，但它不是我们需要的二进制数据，需要进一步处理。可以想象用数字编码器结构来实现，可以将128位的数据变成七位或者八位的二进制数。,FPGA实现TDC设计的意义,随着IC制造工艺的不断进步，以FPGA（fieldprogrammablegatearray）和CPLD（complexprogramablelogicdevice）为代表的可编程逻辑器件迅速发展起来，逐步蚕食ASIC在IC市场中的份额。众所周知，基于PLD的设计可以有效缩短研发周期，提高设计灵活性和可靠性，降低设计成本，且无流片风险。成功设计的IP核（intellectualpropertycore），与工艺相对独立，可灵活移植到其他SOC，使得设计的再利用变得十分方便。,我的实现方案,实验条件：带有FPGA芯片的实验箱一台，带modelsim和QuartusII软件的PC一台。实验的大致流程：首先将其分成不同的模块，如时钟产生、粗计时器、细计时器、以及延迟单元模块等。针对不同的模块编写verilog代码，并进行软件仿真，分析所得波形。将代码综合后下载到FPGA中，进行硬件仿真和测试。,进度安排,2012.02.27-2012.03.10和导师商定毕业设计题目及所做内容；查阅国内外课题相关的文献，明确课题内容；撰写开题报告和准备开题。0212.04.10-2008.05.30完成毕业设计2012.05.31-2012.06.12撰写本科毕业设计论文。2012.06.12-2012.06.21修改本科毕业设计论文。2012.06.22-2012.06.28准备和参加本科毕业设计答辩。,主要参考文献,1K.Kudo,N.Takeda,T.Noguchi,etal.Pile-upcorrectionofpulseheightspectrummeasuredbyaGedetectortoapulsedbeamofhighenergyphotons.1997IEEESym.onNuclearScience.1997,1:7427452A.Thon,C.Degenhardt,K.Fiedler,etal.Rate-dependenceofthekeyperformanceparametersinaangerlogicbasedPETdetector.2004IEEESym.Conf.RecordonNuclearScience.2004,6:337533793R.L.Harrison,A.M.Alessio,P.E.Kinahan,etal.Signaltonoiseratioinsimulationsoftime-of-flightpositronemissiontomography.In2004IEEESym.Conf.RecordonNuclearScience.2004,7:408040834R.L.Harrison,S.B.Gillispie,A.M.Alessio,etal.Theeffectsofobjectsize,attenuation,scatter,andrandomcoincidencesonsignaltonoiseratioinsimulationsoftime-of-flightpositronemissiontomography.In2005IEEESym.Conf.RecordonNuclearScience.2005,4:23295R.M.Manjeshwar,Y.Shao,F.P.Jansen.Imagequalityimprovements