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基于TAC的高精度频率测量系统的设计栾岳震;王国富;王小红;叶金才【摘要】为解决精密加法器时钟守时系统内本地振荡器频率测量模块分辨率低、测量精度差的问题,针对加法器时钟应用场景的特点,设计了一种新型的基于高稳定度PPS(秒脉冲信号)的高分辨率频率测量系统,详细分析了该系统的电路实现及测量算法,给出了一套完善的实用方案,解决了目前应用较多的本地时钟频率测量方案的诸多缺点,实验表明该系统可实现13位时间间隔测量精度,为低成本高精度仪器仪表的设计实现提供了一种新思路.%To solve this problem that resolution and precision of the frequency measure module used in precious adder -based hold-over clock was low ,aiming at the specification of adder-basedclock ,a new kind of high resolution frequency measuring sys-tem based on highly stable PPS ( pulse per second ) signal was designed .After analyzing the circuit and algorithm of this system ,a complete practical solution was provided .This solution overcame many disadvantages of the frequency measuring scheme .Experi-ment data shows that this system has a 13 bit resolution of time interval measurement and provides a new method of the design of low-cost high-precision instruments .【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】4页(P92-95)【关键词】频率测量;守时系统;振荡器;卫星同步授时;同步传感器网络【作者】栾岳震;王国富;王小红;叶金才【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】TP216随着科技的不断进步，工业生产、科研、资源勘探、军事等诸多应用领域对时频测量技术提出了越来越高的要求。
TDC-GP1高精度时间间隔测量芯片及其应用来源：单片机及嵌入式系统应用作者：长沙国防科技大学刘国福张王已刘波摘要：德国ACAM公司研发的高精度时间间隔测量芯片TDC-GP1，可提供两通道250ps或单通道125ps分辨率的时间间隔测量；用户可以很方便地用它构成自己的系统或仪器，因此已在多种高精度测试领域得到了应用（如高精度激光测距仪、频率和相位信号分析等）。
文章详细介绍TDC-GP1的内部结构。
工作原理和性能指标，并给出该芯片在测量门电路延迟时间方面的一个应用实例。
关键词：时间间隔测量 TDC-GP1 单片机1 概述TDC-GP1主要应用于超声波流量仪、高能物理和核物理、各种手持/机载或固定工的高精度激光测距仪、激光雷达、激光扫描仪、CDMA无线蜂窝系统无线定位、超声波密度仪、超声波厚度仪、涡轮增压器的转速测试仪、张力计、磁致伸缩传感器、飞行时间谱仪、天文的时间间隔观测、频率和相位信号分析等高精度测试领域。
TDC-GP1还提供了与微处理器的多种接口方式，用户可以很方便地用它构成自己的系统或仪器。
2 结构原理与引脚功能TDC-GP1采用44引脚TQFP封装，具有TDC测量单元、16位算术逻辑单元、RLC测量单元及与8位处理器的接口单元4个主要功能模块。
内部结构如图1所示。
（1）TDC测量单元当两个脉冲的上升测或下降测的时间差为几十到几百ns时，传统的测量脉冲宽度的脉冲计数法已不再适用。
这是因为要测的脉冲越窄，所需要的时钟频率就愈高，对芯片的性能要求也越高。
例如要求1ns到1GHz，此时一般计数器芯片很难正常工作，同时也会带来电路板的布线、材料选择、加工等诸多问题。
为克服上述问题，TDC-GP1利用信号通过逻辑门电路的绝对传输时间提出了一种新的时间间隔测量方法，测量原理如图2所示。
START 信号和STOP信号之间的时间间隔由非门的个数来决定，而非门的传输时间可以由集成电路工艺精确地确定。
同时，由于门电路的传输时间受温度和电源电压的影响比较大，因而该芯片内部设计了锁相和标定电路。
高精度时序测量系统的研究与设计时序测量是现代科学与工程领域中重要的技术手段之一，它可以用于精确测量和分析信号的时间间隔、延迟和同步。
高精度时序测量系统是一种实现精确测量的关键设备，其在通信、雷达、物理实验、医学和工业生产等领域具有广泛的应用。
本文将探讨高精度时序测量系统的研究与设计，从技术原理、核心组件以及关键技术进行详细介绍。
1. 技术原理高精度时序测量系统的核心原理是利用稳定的时钟源作为基准，通过对待测信号和基准信号进行比较来获取时间间隔。
一般来说，高精度时序测量系统可以分为两类：硬件实现和软件实现。
硬件实现的方法主要依靠高速计数器、相位锁定环路（PLL）和时间数字转换器（TDC）等组成。
其中，高速计数器是用于计数基准信号和待测信号的周期数，相位锁定环路用于保持待测信号和基准信号的相位一致，时间数字转换器则用于将计数器得到的数据转换为时间值。
软件实现的方法主要通过计算机系统结合精确的编程来实现。
通常使用高分辨率的定时器计数来获取时间间隔。
软件实现的优点是可灵活调整，适合对时序测量系统进行定制和扩展。
2. 核心组件高精度时序测量系统的核心组件包括时钟源、计数器、锁相环、时间数字转换等。
时钟源是高精度时序测量系统的基础，一般采用稳定的参考时钟源，比如晶振或者原子钟。
时钟源的稳定性和准确性对整个系统的性能起到关键作用。
计数器是用于计数基准信号和待测信号的周期数，一般采用高速计数器来实现高分辨率的计数。
计数器的精度和稳定性直接影响到时序测量系统的测量精度。
锁相环是用于保持待测信号和基准信号的相位一致，以实现高精度的时间测量。
锁相环通过不断调整相位差来实现信号的同步与锁定。
时间数字转换器是用于将计数器得到的数据转换为时间值，一般采用数模转换技术来实现。
时间数字转换器的分辨率和准确性决定了测量系统的时间精度。
3. 关键技术在设计高精度时序测量系统时，需要考虑以下关键技术：（1）抗噪声技术：由于测量信号往往存在噪声，抗噪声技术是保证测量精度的重要手段。
tdc时间数字转换器硬件电路原理及指标引言：在现代电子设备中，时间的精确测量和处理是非常重要的。
TDC时间数字转换器是一种用于精确测量时间间隔的电子设备，广泛应用于各种领域，如无线通信、雷达、医学成像等。
本文将介绍TDC的硬件电路原理以及相关指标。
一、TDC的工作原理：TDC的全称是Time-to-Digital Converter，它的主要作用是将输入的时间间隔转换为数字输出。
TDC的工作原理基于时间差法，通过测量两个事件之间的时间差来实现精确的时间测量。
TDC的硬件电路主要由以下几个部分组成：1. 时钟发生器：产生稳定的时钟信号，用于同步各个模块的工作。
2. 开始计数模块：接收开始信号，开始计数时钟周期。
3. 结束计数模块：接收结束信号，停止计数时钟周期。
4. 计数器：记录开始计数模块和结束计数模块之间的时钟周期数。
5. 数字输出模块：将计数器的输出转换为数字输出。
TDC的工作过程如下：1. 当开始信号触发时，开始计数模块开始计数，计数器开始计时。
2. 当结束信号触发时，结束计数模块停止计数，计数器停止计时。
3. 数字输出模块将计数器的输出转换为数字形式，表示时间间隔。
二、TDC的相关指标：TDC的性能主要通过以下几个指标来衡量：1. 分辨率：指TDC能够测量的最小时间间隔，一般以时钟周期数表示。
分辨率越高，TDC的测量精度越高。
2. 精度：指TDC测量结果与实际值之间的误差，一般以百分比表示。
精度越高，TDC的测量结果越准确。
3. 带宽：指TDC能够测量的时间间隔范围，一般以时钟周期数表示。
带宽越大，TDC能够处理的时间间隔范围越广。
4. 采样速率：指TDC每秒钟能够进行多少次测量，一般以Hz表示。
采样速率越高，TDC能够处理的时间间隔越多。
5. 能耗：指TDC在工作过程中消耗的能量，一般以功耗表示。
能耗越低，TDC的能效越高。
三、总结：TDC时间数字转换器是一种用于精确测量时间间隔的电子设备，其工作原理基于时间差法。
基于TDC1000和TDC7200的高精度液体流量测量系统设计董萱; 李轩; 张佩【期刊名称】《《微处理机》》【年(卷),期】2019(040)006【总页数】8页(P32-39)【关键词】超声波液体流量计; TDC1000芯片; TDC7200芯片; 时差法; 高精度【作者】董萱; 李轩; 张佩【作者单位】沈阳航空航天大学电子信息工程学院沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TH8141 引言在人们日常生活和工业生产当中，有大量场合需要对各种液体的流速与流量做出测量，如自来水厂的流量测量与流速控制，石油井下注水系统对注入水量和流速的精确测量等。
超声测量在其中是不可缺少的有力手段。
在众多的超声波测量算法中，基于时差法的测量算法是最为精确的[1]。
由于超声波传播速度很快，顺逆流的时间差较小，所以需要设计一种拥有高时间分辨率的电路来实现时间差的精确测量[2]，同时解决由于超声波多径传播对时差测量造成干扰的问题。
为获得精确而稳定的时间差，选择使用TI 公司最新推出的超声波测量芯片组。
芯片组采用TDC1000 和TDC720 这两款芯片，分别用作超声波测量的模拟前端（AFE）和时差测量。
采用STM32F405 微控制器作为系统的主控制器，来对整个测量系统进行控制。
2 系统设计2.1 系统整体设计该测量系统以微控制器（MCU）作为控制和计算核心，由以下几个模块构成：电源模块、MCU 最小系统、超声波控制与测量模块、温度测量模块、CAN总线模块以及数据显示与控制终端。
系统的整体结构框图如图1 所示。
图1 系统整体框图在系统中，微控制器选用的是STM32F405。
该微控制器在工业控制中广泛使用[3]。
超声波控制与测量模块作为系统的核心，采用TI 推出的全新超声波测量芯片组：TDC7200 和TDC1000。
其中TDC1000是专门用于超声波测量的模拟前端；TDC7200 是用于高精度测量时间差的芯片，其精度可达55ps。
基于TDC-GP22的高精度超声波热量表设计郭郑文;刘建明;唐霞【摘要】针对热量表精度低的问题,设计了一种高精度超声波热量表.基于V型反射时差法测流量原理,选用高精度时间测量芯片TDC-GP22、低功耗MSP43-F149单片机、Pt1000温度传感器和超声波换能器,实现流量和温度的高精度测量.利用TDC-GP22第一波检测技术对测量精度进行优化,根据温度变化调整参数取值,进一步降低误差,提高系统测量精度.实验结果表明,该热量表测量精度高,稳定性好,达到了2级表的行业标准.【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》【年(卷),期】2016(036)004【总页数】6页(P299-304)【关键词】超声波热量表;TDC-GP22;第一波捡测;高精度【作者】郭郑文;刘建明;唐霞【作者单位】桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学计计算机与信息安全学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TH81我国北方寒冷地区冬天都集中供暖，采用集中供暖方式不仅易于管理还可以节约资源，减小空气污染，降低成本。
但绝大多数仍以供暖面积和使用时间作为收费依据，这使得用户对供暖能源节约意识淡漠，导致不必要的资源浪费，而且对于经常外出不在家的用户来说，花钱却没有享受到服务，相对来说不公平。
近几年，随着国民经济的高速发展，环境保护引起了高度重视，能源的利用更是大力倡导节能。
因此，国家提出要加快城镇供热体制改革，由现行按面积、按季度收取供暖费用逐步改为按户消耗热量的供暖收费方式，增强居民的节能意识。
国外一些国家的经验表明，采用热量收费方式大约可节省20%～34%的能源，因此热量表技术的应用得到了广泛的关注，全面施行以热量计量收费代替面积计量收费的方式势在必行[1]。
热量计量收费的关键是准确计量用户消耗的热量。
目前，机械式热量表存在易磨损、寿命短等缺点，随着超声波测量技术的应用得到了改善。
TDC时间数字转换器TDC时间间隔测量原理时间数字转换技术（TDC)是建立在R.Nutt在1968年提出的延迟线结构基础之上，利用信号通过逻辑门电路的绝对传输时间提出的一种时间测量方法，早期用同轴线来实现延迟线，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，其测量原理如图1所示。
图1 经典Nutt延迟线基本结构整条延迟线（Delay Line)由一组延迟单元组成，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，当时钟脉冲结束后，触发器可以记录延迟多少个时间单位，也就是stop信号相对于start信号落后的时间，从而实现将时间转化为数字的测量。
这种测量方法的精度取决于延迟单元1 的延迟时间。
目前工作进展系统方案设计初步的方案设计采用德国ACAM公司生产的TDC-GP21芯片来实现时间的测量。
系统的结构如图2所示，其核心为数字延迟线芯片TDC-GP21和微控制器STC12C5A60S2。
TDC-GP21芯片利用延迟线插入法测量时间间隔，其精度可达到45ps，最高量程为4ms。
图2 TDC时间测量系统原理框图本系统可以用于测量2路时间间隔信号，其中Start为公用的起始时间信号，Stop1和Stop2为两路停止时间信号，测量的输出量为各Stop通道的脉冲信号与Start信号之间的时间间隔的数字化量。
TDC-GP21芯片与单片机采用四线制SPI 接口进行连接，从而实现单片机对时间测量芯片的初始化控制和测量数据的传输。
系统测量过程为，单片机首先对TDC-GP21芯片初始化，由Start信号触发测量，当芯片完成时间间隔测量时，触发中断，使单片机读取测量结果，再由串口通信电路传到上位机，进行最终的数据处理，系统硬件实物图如图3所示。
图3 时间数字转换器系统实物图●系统测试使用BNC MODEL575延时产生器产生延时脉冲，由于信号源存在200ps的时间抖动，因此测量结果的标定值以示波器实际测量的延时值为准。
工业的发展对时间测量精度的要求越来越高，传统的精密时间测量技术大致有以下几种方法：直接计数法、扩展法、时间幅度转换法、游标法。
微电子技术的发展，为高集成度、低功耗、高分辨率的TDC 提供了可能。
电子学方法实现高精度时间测量的技术和原理有多种，从测量范围和测量精度上看，可以分为两大类，一类是高精度的时间测量，其测量分辨率最高可以达到几个皮秒量级，但该类时间测量电路其动态范围一般比较低；另一类为大动态范围高精度时间测量电路。
不同的应用场合对时间测量范围和测量精度提出了不同的要求。
本文介绍了一种比较折中的方法，即在低动态范围与大动态范围均可得到较佳结果的非门延迟法，此方法为时间数字化(TDC)的一种。
1 非门延迟的工作原理1.1 延迟线工作原理抽头延迟线法与差分延迟线法是随着近年来大规模集成电路的应用而发展起来的。
抽头延迟线法，也叫时延法。
从概念上说，它比较简单。
在早期，用同轴线来实现延迟线，但是为了实现高精度测量，需要数目众多的抽头，因而电路庞大，使得这个技术在当时无法推广。
随着半导体技术的发展，特别是大规模集成电路的发展，这种方法被移植到集成电路上，得到迅速推广。
抽头延迟线是由一组延迟单元组成的，理论上这组延迟单元传播时延相等，都为?子。
而时间间隔的测量就是通过关门信号Stop对开门信号Start在延迟线中的传播进行采样实现的。
抽头延迟线法的结构多种多样，下面以其中一种为例介绍[1]，[2]。
图1是由专用的延迟单元和采样单元实现抽头延线法的电路原理图。
一个延迟时间为τ的单元，总是配合一个触发器FF(Flip-Flop)。
这里FF是上升沿触发而非电平触发，时间间隔T开始时Start的上升沿在延迟线中传播，结束时用Stop的上升沿对触发器进行采样。
触发器电平为高时最高位的位置就决定了测量结果，通过译码实现从时间到数字的转换。
但要实现精确测量，输入触发器时钟端的Stop 信号的时滞必须很小[4]。
该方法原理简单，但所设计传输门的长度随测量时间长度的增加而增加，长延迟线的制作和性能不能得到很好的保证，因此这种技术常常只是作为内插的基础。
基于TDC时间数字测量技术的应变测量系统
岑志波;洪辉;万当
【期刊名称】《设备管理与维修》
【年(卷),期】2015(000)0z1
【摘要】传统应变测试系统劳动强度大、工作效率低、稳定性差,基于TDC时间数字测量技术设计开发新式应变测试系统.TDC工作原理、硬件设计、增益补偿和零点补偿方式、软件设计.通过实验测试,系统具有很好的精度和线性关系,适用于大型起重机械金属结构应变测试.
【总页数】3页(P187-189)
【作者】岑志波;洪辉;万当
【作者单位】宁波市特种设备检验研究院浙江宁波;宁波港北仑第二集装箱码头浙江宁波;福建省特种设备检验研究院福州
【正文语种】中文
【中图分类】TP27
【相关文献】
1.基于铷原子钟和双TDC-GP2的高精度时间基准测量系统的设计
2.基于TDC-GP2的高精度时间间隔测量系统设计
3.基于TDC时间数字测量应变系统的研究
4.基于TDC-GP2的时间间隔测量系统设计
5.TDC(数字时间转换)测量技术在飞机机体变形上的研究
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基于TDC 芯片的窄脉宽测量系统设计张 ,刘 波,刘国福(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南省长沙市410073)【摘 要】 通过介绍一个基于TDC (时间-数字转换器)芯片的高精度窄脉宽发生、测量和自校准电路,提出一种新的窄脉宽测量方法。
文中论述了电路自校准原理。
系统分为分频模块、延时模块、数字选择模块和显示模块4部分,实现过程简单,电路精度可调,最高精度为125ps ,功耗极低。
关键词:TDC ,窄脉宽测量系统,自校准,分频中图分类号:T M 935.41图1 原理框图此电路具有自校准功能,通过延时电路部分外接电阻的调整,从而可调节延迟时间,并进而改变进入TDC -GP1芯片的两路信号的相对时间差,即改变了窄脉宽的大小。
延迟时间为:1第31卷第7期2005年7月 电子工程师 ELECTRON I C ENG I N EER V o.l 31N o .7 Ju.l 2005图2 系统原理简图的连接方法。
2片74HC160的EP 和ET 恒为1,都工作在计数状态。
第1片每计数到9时C 端输出变为高电平,经反相器后使第2片的CP 端为低电平。
下一个计数输入脉冲到达后,第1片计为0状态,C 端跳回低电平,经反相后使第2片的输入端产生一个正跳变,于是第2片计入1。
第3片接法同前2片。
芯片外接电阻R ext 初值为2k Ψ,并且制作电路板时留出两根引线,通过引线可接入任意大小的电阻,由于电路参数的要求,限定最大为100k Ψ。
外接电容C ext 为20pF ,延迟时间一般为28ns 。
调节滑动变阻器,电阻值为2.0k Ψ～3.85k Ψ变化,又知:路所附加的响应时间,记为t 2(标定值)。
由此,可以推知延时电路所附加响应时间的近似理论值t (单位ns )为:t =t 2-t 1。
整个电路测量后的近似理论值T :(单位ns )为:T =(t 2+t W )-20(t 2+t W )202.5 显示电路3 系统软件设计实现对TDC -GP1芯片的控制需要进行一系列写操作。
