[發(fā)明專利]基于反熔絲FPGA的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其溫度漂移修正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210566382.5
• 申請(qǐng)日: 2012-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN103092059A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉樹彬;秦熙;封常青;安琪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G04F10/00
• 分類號(hào): G04F10/00;H03M1/50
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種基于反熔絲FPGA的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其包括：粗時(shí)間測量單元、細(xì)時(shí)間測量單元、譯碼單元和數(shù)據(jù)緩存單元，上述各個(gè)單元在單片反熔絲FPGA上實(shí)現(xiàn)；其中所述粗時(shí)間測量單元用于測量粗精度時(shí)間數(shù)據(jù)，并輸出至所述數(shù)據(jù)緩存單元進(jìn)行存儲(chǔ)；所述細(xì)時(shí)間測量單元用于測量高精度時(shí)間數(shù)據(jù)，所述譯碼單元用于將所測量的高精度時(shí)間數(shù)據(jù)譯碼后輸出至所述數(shù)據(jù)緩存單元進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于反熔絲FPGA的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述粗時(shí)間測量單元包括工作在主時(shí)鐘周期下的單個(gè)計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)鎖存單元，所述計(jì)數(shù)器在每個(gè)主時(shí)鐘周期的上升沿將粗時(shí)間計(jì)數(shù)加1；所述鎖存單元在被測信號(hào)到來時(shí)，鎖存所述計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值，以作為所述粗精度時(shí)間數(shù)據(jù)。

3.如權(quán)利要求1所述的基于反熔絲FPGA的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述細(xì)時(shí)間測量單元包括級(jí)聯(lián)延時(shí)線；所述級(jí)聯(lián)延時(shí)線由多級(jí)延時(shí)單元構(gòu)成，第一級(jí)延時(shí)單元的輸入為被測信號(hào)，其它延時(shí)單元的輸入為前一級(jí)延時(shí)單元的輸出；每一級(jí)延時(shí)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)D觸發(fā)器，在主時(shí)鐘上升沿到來時(shí)，每一級(jí)延時(shí)單元的輸出被與其對(duì)應(yīng)的D觸發(fā)器反向鎖存。

4.如權(quán)利要求3所述的基于反熔絲FPGA的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述延時(shí)單元為1位加法器，其進(jìn)位輸入端接收被測信號(hào)，其進(jìn)位輸出作為下一級(jí)1位加法器的進(jìn)位輸入，其輸出被與其對(duì)應(yīng)的D觸發(fā)器反向鎖存。

5.如權(quán)利要求4所述的基于反熔絲FPGA的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一級(jí)加法器對(duì)應(yīng)的D觸發(fā)器鎖存第一級(jí)加法器的進(jìn)位輸出后，在下一個(gè)主時(shí)鐘上升沿，其鎖存信號(hào)被另一D觸發(fā)器反向鎖存，所述鎖存信號(hào)和所述反向鎖存信號(hào)經(jīng)與門產(chǎn)生讀出使能信號(hào)，所述讀出使能信號(hào)輸出至粗時(shí)間測量單元和譯碼單元，所述粗時(shí)間測量單元在接收到所述讀出使能信號(hào)后輸出粗精度時(shí)間數(shù)據(jù)至所述數(shù)據(jù)緩存單元；所述譯碼單元接收到所述讀出使能信號(hào)后從D觸發(fā)器讀出所述高精度時(shí)間數(shù)據(jù)，并將其進(jìn)行譯碼后輸出至所述數(shù)據(jù)緩存單元。

6.如權(quán)利要求1所述的基于反熔絲FPGA的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述譯碼單元使用流水線技術(shù)從所測量到的高精度時(shí)間數(shù)據(jù)中找出數(shù)據(jù)的跳變點(diǎn)，并輸出該跳變點(diǎn)的位置編碼數(shù)據(jù)，該位置編碼數(shù)據(jù)即為譯碼后的高精度時(shí)間數(shù)據(jù)。

7.如權(quán)利要求4所述的基于反熔絲FPGA的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述進(jìn)位級(jí)聯(lián)延時(shí)線中多級(jí)延時(shí)單元的延時(shí)長度之和為一個(gè)主時(shí)鐘周期，不同主時(shí)鐘周期下，延時(shí)單元的級(jí)數(shù)不同。

8.一種對(duì)如權(quán)利要求1所述的基于反熔絲FPGA的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器所測量的時(shí)間進(jìn)行溫度漂移修正的方法，其包括：

從所述數(shù)據(jù)緩存單元讀取譯碼后的高精度時(shí)間數(shù)據(jù)；

對(duì)所述譯碼后的高精度時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度漂移修正：

t_細(xì)＝(M1+INL(M1))*LSB

其中t_細(xì)表示修正后的高精度細(xì)時(shí)間，M1為所述譯碼后的高精度時(shí)間數(shù)據(jù)，INL(M1)表示高精度時(shí)間數(shù)據(jù)為M1時(shí)的積分非線性，其根據(jù)已標(biāo)定溫度的積分非線性查找表INL獲得，LSB表示當(dāng)前工作溫度最小測量單元的大小。

9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的工作環(huán)境溫度變化，且當(dāng)前溫度K1未標(biāo)定，即其最小測量單元LSBK1和積分非線性查找表未知時(shí)，對(duì)所述譯碼后的高精度時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度漂移修正具體包括：

根據(jù)已標(biāo)定的溫度的最小測量單元得到最小測量單元隨溫度變化的擬合曲線f(K)；

根據(jù)所述擬合曲線f(K)獲得當(dāng)前溫度K1下的最小測量單元LSBK1；

根據(jù)已標(biāo)定的溫度積分非線性表和當(dāng)前溫度K1下的最小測量單元LSBK1，獲得溫度漂移修正后的高精度時(shí)間：

t_細(xì)＝(M1+INLK0(M1))*LSBK1

其中，INLK0(M1)表示已標(biāo)定溫度K0下的積分非線性。

10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，對(duì)所述高精度時(shí)間的溫度漂移修正在所述反熔絲FPGA上完成，或者在所述FPGA外部完成。