Synopsys 20121FPGA实现TDC的设计开题报告学生：朱长峰指导老师：罗敏 Synopsys 20122 关于TDCTDC英文全名叫Time to Digital Converter，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。 Synopsys 20123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？ Synopsys 20124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。 Synopsys 20125时钟周期计数法 Synopsys 20126 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 Synopsys 20127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！ Synopsys 20128改进的TDC延迟线结构高精度时间间隔测量方法由由两组两组延延迟单迟单位不同的延位不同的延迟线组迟线组成，其中成，其中StartStart延延迟线单迟线单位延位延迟时间迟时间大于大于StopStop的延的延迟时间迟时间，这样这样可以使得采可以使得采样样精度精度变为两变为两者的者的单单位延位延迟时间迟时间差差。 Synopsys 20129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。 Synopsys 201210FPGA实现TDC设计的意义随着IC制造工艺的不断进步，以FPGA（field programmable gate array）和CPLD（complex programable logic device）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（intellectual property core），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。 Synopsys 201211 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。 Synopsys 201212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。 Synopsys 201213主要参考文献1 K. Kudo, N. Takeda, T. Noguchi, et al. Pile-up correction of pulse height spectrummeasured by a Ge detector to a pulsed beam of high energy photons. 1997 IEEE Sym.on Nuclear Science. 1997, 1:7427452 A. Thon, C. Degenhardt, K. Fiedler, et al. Rate-dependence of the key performanceparameters in a anger logic based PET detector. 2004 IEEE Sym. Conf. Record onNuclear Science. 2004, 6:337533793 R. L. Harrison, A. M. Alessio, P. E. Kinahan, et al. Signal to noise ratio in simulationsof time-of-flight positron emission tomography. In 2004 IEEE Sym. Conf. Record onNuclear Science. 2004, 7:408040834 R. L. Harrison, S. B. Gillispie, A. M. Alessio, et al. The effects of object size,attenuation, scatter, and random coincidences on signal to noise ratio in simulationsof time-of-flight positron emission tomography. In 2005 IEEE Sym. Conf. Record onNuclear Science. 2005, 4:23295 R. M. Manjeshwar, Y. Shao, F. P. Jansen. Image quality improvements withtime-of-flight positron emission tomography for molecular imaging. In 2005 IEEE6 张延, 黄佩诚. 高精度时间间隔测量技术与方法. 天文学进展. 2006, 24(1):115 Synopsys 201214 Synopsys 201215部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！