基于TDC-GP2的时间间隔测量模块
一种高精度时间间隔测量板卡设计
一种高精度时间间隔测量板卡设计
李亚胜
【期刊名称】《西安航空技术高等专科学校学报》
【年(卷),期】2015(000)005
【摘要】针对靶场测试的新特点，采用FPGA和 TDC －GP2设计了一种高精度大范围时间间隔测量板卡。
设计的板卡由输入隔离模块、纳秒计时模块、粗计时模块组成。
在接收到起始信号后，粗计时模块开始计数，同时，纳秒计时模块测量起始脉冲和标准计时脉冲的时间间隔；截止信号到来后，粗计时模块停止计数，纳秒计时模块测量截止脉冲和标准计时脉冲间的时间间隔，测量结束后，主单片机计算上传主机最终时间间隔值。
设计的时间间隔测量板卡测量范围可以达到0～
5×105μs ，测量精度优于10ns。
【总页数】4页(P65-68)
【作者】李亚胜
【作者单位】西安航空学院电子工程学院，陕西西安710077
【正文语种】中文
【中图分类】TJ411.+7
【相关文献】
1.一种改进式TAC的高精度时间间隔测量系统的实现 [J], 杨鸿武;张策;陆晓燕;郝东亮;赵高超
2.一种高精度时间间隔测量模块设计 [J], 宋建辉;曲洪波;袁峰;丁振良
3.一种高精度时间间隔测量板卡设计 [J], 李亚胜;
4.一种高精度时间间隔测量方法的研究 [J], 乔晓峰;康敏;周荣华
5.一种基于幅度相位修正的高精度时间间隔测量方法 [J], 陈国军;贾学东;朱蕊;李敏;李仲
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一种高精度时间间隔测量板卡设计
西 安 航 空 学 院 学 报 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆＸ ｉ ＇ ａ ｎＡ ｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ａ ｌＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３Ｎ ｏ ． ５ Ｓ ｅ ２ ０ １ ５ ｐ．
一种高精度时间间隔测量板卡设计
其线 性 度 好 、 测 量 精 度 可 达 纳 秒 级， 但 的测量方法 ， 其测量范围一般最 大 为 ４ ， 无法满足高精度大范 ｍ ｓ 围时间间隔测量需求 。 为解决上述问题 ， 本文采用计数法和数字内插 法相 结 合 的 测 量 方 法 ， 采用 Ｆ Ｐ ＧＡ 芯 片 和 Ｔ Ｄ Ｃ Ｇ Ｐ ２ 芯片相结 合 的 硬 件 电 路 设 计 了 一 种 高 精 度 时 间间隔测量板卡 。
０ 引言
时间间隔 测 量 技 术 在 靶 场 测 试 领 域 具 有 重 要 意义 ， 广 泛 用 于 目 标 速 度、 空间坐标和距离等参数
］ １ ３ 的测量 中 ［ 。 目 前， 应用较多的为计数法和数字
待测两脉冲时间间隔值 ， 犜１ 为起始和截止脉冲 经历 即 的标准计数时钟信号个数 犖 与周期犜狕 犺 狅 狌 的乘积 ，
犜１＝犖 ×犜狕 犜２ 和 Δ 犜３ 分 别 为 起 始 触 发 信 号 、 Δ 犺 狅 狌。 截止触发信号与标 准 计 数 时 钟 信 号 的 时 间 间 隔 值 ，
由图 １ 可知两信号间的实际时间间隔值为 ：
内插法等 。 计数法
［ ４ ５］
是目前使用较为成熟的测量
犜＝犜１ ＋Δ 犜２ －Δ 犜３
李亚胜
（ 西安航空学院 电子工程学院 ， 陕西 西安 ７ ） １ ０ ０ ７ ７
摘 要： 针对靶场测试的新特点 ， 采用 Ｆ Ｐ ＧＡ 和 Ｔ Ｄ Ｃ－Ｇ Ｐ ２ 设 计 了 一 种 高 精 度 大 范 围 时 间 间 隔 测 量 板 卡。设 计 的 板卡由输入隔离模块 、 纳秒计时模块 、 粗计时模 块 组 成 。 在 接 收 到 起 始 信 号 后 ， 粗 计 时 模 块 开 始 计 数， 同 时， 纳秒计 时模块测量起始脉冲和标准计时脉冲的时间间隔 ； 截 止 信 号 到 来 后， 粗 计 时 模 块 停 止 计 数， 纳秒计时模块测量截止 脉冲和标准计时脉冲间的时间间隔 ， 测量结束后 ， 主单片机计算上传主机最 终 时 间 间 隔 值 。 设 计 的 时 间 间 隔 测 量 板 ， 测量精度优于 １ 。 卡测量范围可以达到 ０～５×１ ０ ５ ｓ ０ ｎ ｓ μ 关键词 ： 计数法 ； 时间间隔 Ｔ Ｄ Ｃ； 中图分类号 ： （ ） Ｔ Ｊ ４ １ １． ＋７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８ ９ ２ ３ ３ ２ ０ １ ５ ０ ５ ０ ０ ６ ５ ０ ４
基于TDC-GPX2的精密时间间隔测量仪设计
基于TDC-GPX2的精密时间间隔测量仪设计
侯志军;马红皎;王康;赵爱萍;邢燕
【期刊名称】《时间频率学报》
【年(卷),期】2017(40)4
【摘要】为满足科学研究和工程应用中对多通道、高精度时间间隔测量的需求,基于TDC-GPX2时间数字转换芯片设计了一款四通道精密时间间隔测量仪,根据功能控制模块的设置,仪器可实现对不同通道输入信号时间间隔的高精度测量.详细论述了系统的测量原理,硬件组成和软件设计,并搭建实验平台对仪器的性能进行测试与分析.实验结果表明:设计的时间间隔测量仪测量精度优于20 ps,并具有良好的准确性,接入5 MHz的时钟参考其量程可达3.34s,基本满足大多数时间频率应用领域对测量设备的性能需求.
【总页数】8页(P213-220)
【作者】侯志军;马红皎;王康;赵爱萍;邢燕
【作者单位】中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院大学,北京100049;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院国家授时中心,西安710600
【正文语种】中文
【中图分类】TN965.6
【相关文献】
1.基于变幅放大的机械振动精密测量仪设计 [J], 杨继森;张天恒;蒋洪庆;张兴红
2.基于FPGA的精密时间间隔测量仪设计 [J], 叶超;冯莉;欧阳艳晶
3.基于无线通讯的精密钢轨平直度测量仪的设计 [J], 宋合志;张宪金
4.基于SOPC的高精度时间间隔测量仪设计 [J], 李亚胜;尚杨
5.基于PCI总线的高精密时间间隔测量仪的研制 [J], 宋健;安琪;刘树彬
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基于时差法和tdc-gp2的超声波流量测量方法
基于时差法和tdc-gp2的超声波流量测量方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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基于TDC_GP2的脉冲激光测速系统设计
激光测速是从六十年代中期发展起来的，利用激光的单色性、能量高度集中的特点，用测频的方法直接测物体的速度。
比起老式的雷达测速仪，最新的激光测速仪的性能有了明显的提高。
激光测速的主要方法有脉冲法和相位法。
由于相位法对光路要求非常严格，且外围电路设计复杂，成本太高，不利于工业领域大范围应用，因此，目前激光测速多采用脉冲法。
1脉冲激光测速原理脉冲激光测速系统是通过测量激光器发出的光脉冲与光脉冲返回光接收机的时间间隔来计算目标距离，从而根据距离推算出目标速度。
激光测距公式为：R＝C×△t ／2n軈＝Cm ／2n 軈f （1）式中，R 为目标距离，C 为真空中的光速（2．998×108m ／s ），n軈为光束路径上大气折射率的平均值，m 为时标振荡器在光往返过程的脉冲个数，f 为计数时钟频率。
激光测速系统是在激光测距的基础上，用直接探测法来进行测速的，即分别在t 1、t 2时刻测量目标距离R 1、R 2，再计算径向平均速度。
激光测速公式为：V＝（R 1－R 2）／（t 1－t 2）（2）由于脉冲时间极短，可将径向平均速度看成瞬时速度。
影响脉冲激光测速的关键在于测距精度，由式(1)可见，影响测距精度的关键，在于发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔的测量精度。
由于激光的速度非常快，所以发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔非常短。
例如要测量1km 的距离，分辨率要求为1cm ，则时间间隔测量的分辨率要求高达67ps ，因此时间测量对于脉冲激光测速系统来说是非常重要的一个环节。
本激光测速系统采用ACAM 公司的TDC－GP2芯片测量发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔,采用STC89C52单片机进行控制。
2TDC－GP2芯片简介TDC－GP2是德国ACAM 公司继TDC－GP1之后新推出的一款高精度时间间隔测量芯片。
与TDC－GP1相比，TDC－GP2具有更高的精度和更小的封装，价格仅为TDC－GP1的40％，更适合应用于低成本的工业领域。
基于高精度时间间隔测量芯片TDC—GP2的脉冲激光引信定距系统
Ｋ ｅ ｒ ｓ ｄ ｓ ａ ｃ ｙ ｔ ｍ ｆ ｕ ｓ ａ ｅ ｕ ｅ ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ｅ ｏ ｌ ｅ ｌ ｓ ｒｆ ｚ ； ｐ ｌｃ ｔｏ ｆＴＤＣ— ２ ｈ ｇ ｒ ｃ ｓｏ ａ ｕ ｅ ｅ ｔ ｐ ＧＰ ； ｉ ｈ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｍ ｎ
Ｏ 引 言
因 为 具 有 峰 值 功 率 高 、探 测 距 离 远 、测 距 精 度
高 、对 光 源 相 干 性 要 求 低 等 优 点 ，脉 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 激 光 测 距 在 激 光 引 信 中得 到 了广 泛 应 用 。 脉 冲 激 光 引信 的 测 在 距 系 统 中 ， 要 对 激 光 在 大 气 中 的传 播 时 间进 行 测 需 量 ，从 而 计 算 出激 光 运 行 的 往 返 路 程 …。 由于 光 在 大 气 中 的传 播 速 度 约 为 ３ １ ｍ／， 当 测 量 范 围 为 ×０ ｓ 几 米 ，测 距 精 度 要 求 达 到 厘 米 量 级 时 ，激 光 脉 冲 往
Ｄｉｔ ｎ ｅ Ｓ ｔ ｍ ｆＰｕｌｅＬａ ｅ ｓａ ｃ ｙｓｅ ｏ ｓ ｓ ｒＦｕｓ ｅ Ｂ ａ ｅ ｎ Ｈ ｉ ｈ Ｐｒ ｃ ｓｏ ｎ ｅ ｖ ｌ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔＣｈｉ ｓ ｄ ｏ ｇ ｅ ｉｉ ｎ Ｉ ｔ ｒ ａ ａ ｕ ｅ ｎ Ｍ ｐ ＴＤＣ— ＧＰ２
Ｓｏｎ ａ ． ｎ ｉ ｈａ 。 ｇ Ｎ Ｄｅ ｇ Ｊａ ｏ ’ ．ＣｕｉＪｎｇ ｉ
（ ． ｙＬ ｂ ｒ ｔｒ Ｅｅ ｔｏ ｃ ａ ｉａ Ｄ ｎ ｍｉ Ｃ ｎｒ ｌＢ ｉｎ ｎ ｔｕｅｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｂｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ； １Ｋｅ ａ ｏａｏｙ ｌｃｒｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｙ ａ ｃ ｏ ｔｏ， ｅ ｉｇＩｓｉ ｔ ｊ ｔ ｆＴｃ ｎ ｌｇ ， ｉｎ ０ ０ １ Ｃ ｉａ ｊ ２ Ｓ ｈ ｏ ｌ ｔ ｍｅｈ ｎｃ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｂｅ ｉ ｓｉ ｔ Ｄ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ １ Ｃ ｉａ ． ｃ ｏ ｌｆｅｅ ｒ ｏ ｃ ｏ ｃ ａ ｉａ ｇｎ ｅ ｉ ， ｉｎ Ｉ ｔ ｕｅ 厂Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ） Ｅ ｎ ｊｇ ｎ ｔ ｊ
基于TDC-GP2的高精度时间间隔测量系统设计
基于TDC-GP2的高精度时间间隔测量系统设计张彬彬;崔永俊;杨兵【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2016(039)005【摘要】In order to realize the time synchronization in satellite positioning system,a high precision and high reso⁃lution time interval measurement system is designed. Using two time digital converter chip TDC-GP2,the pulse counting method and digital interpolation method are combined,The result shows that the measurement accuracy of the system is 1 ns,the resolution is 100 ps,the measuring range is up to 1 ns~1 s. With the advantages of small size, high accuracy,and flexibility it can be widely used in different time synchronization system.%为了实现卫星定位系统中的时间同步，设计了一种高精度、高分辨率的时间间隔测量系统。
采用两片时间-数字转换芯片TDC-GP2，将脉冲计数法和数字内插法相结合，使测量精确度能够达到1 ns，分辨率可以达到100 ps，量程范围可达1 ns~1 s；具有体积小、精度高、使用灵活等优点，能够广泛的应用到不同的时间同步系统中。
【总页数】5页(P1108-1112)【作者】张彬彬;崔永俊;杨兵【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051【正文语种】中文【中图分类】TN787【相关文献】1.基于SOPC高精度时间间隔测量系统设计与实现 [J], 任全会;曹冰2.基于TDC-GP2的高精度时差测量系统设计 [J], 杨佩;徐军;王菲3.基于高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2的脉冲激光引信定距系统 [J], 宋娜;邓甲昊;崔静4.基于TDC-GP2的时间间隔测量系统设计 [J], 杨兵;崔永俊;贾磊;王晋伟5.基于TDC-GP2的高精度时间间隔测量仪 [J], 李志勇;李长安;李良洪;安居;孙昱因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于TDC-GP2的时差式超声流量计的设计
基于TDC-GP2的时差式超声流量计的设计李中;廖斌【摘要】为实现流体流量测量高精度和低功耗的设计目的,采用TDC-GP2高精度低功耗测时模块,设计了一种基于ATmega32的时差式超声流量计.通过实验测量管径为20mm的管道中的家用自来水流量,得到系统测量精度为±1％,LCD上动态显示瞬时和累计流量以及电池电量等参数,同时可以通过RS232与外部通信,便于大规模应用时由上位机对信息统一管理.%In order to realize the high precision and low power consumption of fluid flow measurement, a kind of transit-time ultrasonic flowmeter based on ATmega32 was designed by adopting the low power and high accuracy TDC-GP2 module. The household water in the pipeline of 20mm diameter was measured in the experiment, and the precision of the system was ±1%. The flow rate, total flux and the batteries' power can be shown on the LCD device. The flowmeter can be managed by the upper-monitor in large application via the communication between RS232 and external device.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)001【总页数】3页(P202-204)【关键词】TDC-GP2;低功耗;单片机;时差法【作者】李中;廖斌【作者单位】西南科技大学,四川绵阳 621000;西南科技大学,四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】TN911.7-340 引言流量计量是计量科学技术的重要组成部分[1]，流量测量技术广泛应用于水利、化工、农业、石油、冶金以及人民生活各个领域。
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0 引言
时间间隔在很多领域有着广泛的应用。高精度的时间间隔 测量技术，尤其是皮秒量级的测量技术尤为重要，在原子物理、 天文实验、激光测距、定位定时、航天遥测遥控、自动检测设备 以及数字通信中的角度调制信号解调和数字示波器等领域有 着广泛的应用。本文目的是提高磁致伸缩位移传感器的精度， 对于通过测量时间来计算位移原理的位移传感器，时间间隔测 量的准确性决定了磁致伸缩位移传感器的精度。本文介绍了 ACAM 公司产生的第二代 TDC－GP2 芯片，详细叙述了基于 TDC－GP2 芯片的时间间隔测量方法及硬件结构设计，为解决 短时间间隔高精度测量提供了一种实际可行的方法。
140
Sheji yu Fenxi◆设计与分析
即 1.81 μs。校准测量采用图 4 所示的数学计算模型来计算。
由于门电路延时受温度和电压的影响，因此 4 MHz 晶振是
计数测量值 Cal2
REGX
Cal1
为了校准而设置的一个基准。当使用陶瓷晶振时，由于其频率的 误差非常大，所以需要在测量时用 32.768 kHz 的晶振对高速晶 振进行校准。若选用温度稳定性非常高的石英晶振，在测量时就 不用对高速晶振进行校准，因为这种晶振能够完全满足系统测 量的要求。该系统使用 C8051F340 单片机作为系统控制器。其
用户 B 时间信号
图 2 时间测量示意图 非校准结果计算这种方式可直接读取转换寄存器的值，将 对应的数据值乘以 65 ps，则得到非校准的时间测量值。 校准测量计算这种方式的目的在于消除芯片由于电压和 温度等环境因素变化带来的测量误差。TDC－GP2 通过测量门 电路的传输延迟计算时间间隔，在电路芯片内部，传输延迟受 当前温度和工作电压的影响，测量芯片会将周围环境相关的因 素引入测量结果。温度、电压等变化的随机性，带来测量结果的 随机性，并且不具有重复性和结果重现性，不能准确得到实际 的时间间隔值。为保证不同环境条件下对同一个值的多次测量 得到同样的测量结果，必须对测量结果进行某种校准计算， TDC－GP2 的校准计算采用在对外部脉冲测量的同时测量一个 已知的时间间隔，测量完成后根据高稳定时间值的测量结果， 对外部测量结果与已知时间间隔的测量值进行比对，消除因为 温度和电压变化而带来的误差。TDC－GP2 的校准测量要求芯 片由一个外部相对稳定的时钟信号，校准测量时 TDC－GP2 测 量参考时钟的一个和两个参考时钟信号来获得校准基准值。测 量过程如图 3 所示，Cal1 和 Cal2 分别表示用来进行校准的一个 和两个时钟周期的测量结果。
Cal2 START
1
STOP
本地参考时钟
图 3 校准原始数据（Cal1&Cal2）测量方法 校准测量同样是在 TDC－GP2 的测量有效范围内进行。为 保证整个校准过程的 TDC－GP2 时钟保持在有效的测量范围 内，防止 TDC－GP2 计算结果溢出，参考时钟的 2 倍时钟周期必 须大于最大的外部测量脉冲间隔，并小于测量模式的测量范围
ACAM 公司产生的第二代 TDC－GP2 芯片是一种新的时
间数字转换（TDC）芯片，它利用门电路的传输延迟完成时间信
号的数字化转换。图 1 表示芯片内部完成时间数字转换的原理
结构，该结构主要由一个非门组成的循环传输门电路组成，利
用严格的内部门电路布线方式，保证信号经过每个门电路的延
迟相同。当信号通过整个门电路时，转换部分可以精确地记下
TDC－GP2 的启动信号和停止信号，采用第一种工作方式测量
计算出 TIME1。将中间时间信号和用户 B 时间信号分别作为脉
冲计数电路的启动和停止信号测得 TIME2，将这 2 个时间值经
过合并得到精确的时间差。
TIME1
TIME2
参考时钟
用户 A 时间信号
1 TDC－GP2 工作原理及功能
中间时间标志
信号通过门电路的个数，完成时间信号的数字化，芯片能获得
的最高时间测量精度由信号通过单个门电路的延迟决定。转换
单元由开始信号触发，停止信号锁定转换结果，循环值存储器
和粗值计数器记录开始信号和停止信号之间的时间间隔，数据
预处理过程完成时间信息的数据化处理。
开始
粗值 计数器
停止
循环值存储器
数据预处理
图 1 时间数字转换的原理图 门电路的特性容易受到温度和电压变化等外部环境的影 响，给时间测量结果带来误差。为了降低环境因素的影响， TDC－GP2 提供了一种校准测量方法，来补偿由温度和电压变 化而引起的误差。 TDC－GP2 提供 2 种主要的测量方式，对应不同的测量范 围和测量精度。第一种方式的测量范围为 0～1.8 μs，典型分辨 率为 65 ps，提供双通道测量选择；第二种方式的测量范围大于 第一种方式，在 2 倍参考时钟周期到 4 ms 之间，但只提供单通 道的测量能力。TDC－GP2 工作时需要一个外部参考时钟驱动 内部的计算和处理单元，参考时钟的范围限制在 10 MHz 以内， 默认选择为 4 MHz。当参考时钟为 4 MHz 时，第二种方式的测量 范围为 500 ns～4 ms。TDC－GP2 提供简单的 4 线 SPI 接口和外 部微控制器连接，简化接口关系，其最大传输速率为 10 Mbps。
设计与分析◆Sheji yu Fenxi
基于 TDC－GP2 的时间间隔测量模块研究
马小燕 （扬州工业职业技术学院电子信息工程系，江苏 扬州 225127） 摘 要：详细分析了 TDC－GP2 的工作原理和功能，并介绍了基于 TDC－GP2 的时间间隔测量模块硬件电路设计的情况。 关键词：时间间隔测量；TDC－GP2；硬件电路设计
图 2 为时间测量示意图，用户 A 时间信号表示外部信号，
参考时钟为用户 B 的时钟信号，中间时间信号由用户 B 根据
参考时钟产生，时间差值由 TIME1 和 TIME2 2 部分组成，TIME1
的测量值小于一个参考时钟周期，TIME2 的测量值为整数倍的
时钟周期。将用户时间信号和中间时间信号分别作为
中 EN_Start、EN_Stop1 分别为 TDC－GP2 的 Start、Stop1 的使能
Tref
Time 2Tref