由图7可以看到,将上述单点测量中,每一个点上测量的40个数据进行算术平均,得到80个均值,再由这80个均值连接而成的线段近似直线段,呈现出很好简单线性关系。
对拟合曲线与由实测数据连接而成的曲线进行比较,结果如图8所示。我们做如下分析:因25000ps≤ΔTi≤50000ps,而经过变换器变换后电压变化范围为
3.536096V~-3.63946V,则3.536096V-(-3.63946V)=7.175556V 对应25000ps 的时间间隔,所以该TDC的转移因子为25000ps/7.175556V=3484ps/V。如图8所示,最大误差达0.07V,可知我们研制的时间-数字变换器的最大线性误差为0.07V×3484ps/V=244ps。
图6. 变换器对80个已知时间间隔进行测量后得到的单次测量方差
图7. 实测数据与拟合数据
图8. TDC线性误差
5. 结论
我们依照模拟内插法设计实现的时间-数字变换器(TDC)达到了很高的测时分辨率。综合以上的性能测试结果,可知我们研制的时间-数字变换器的测时误差小于250ps。
参考文献
[1] Keunoh Park and Jaehong Park. Time-to-Digital Converter of Very High Pulse Stretching Ratio for Digital Storage Oscilloscopes. Review of Scientific Instruments, Vol. 70, No. 2, pp. 1568-1574, February, 1999
[2] Raisanen-Ruotsalainen E, Rahkonen T and Kostamovaara J 1997 A high resolution time-to-digital converter based on time-to-voltage interpolation Proc. ESSCIRC’97 (Southampton, 16–18 September 1997) pp 332–5
[3] 古军,习友宝. 高分辨力测时扩展器的校准技术的研究. 仪器仪表学报,2002
[4] 卢泽民. 时间间隔测量系统用于激光测距及其误差浅析. 红外与激光工程,2001,2