基于高速环形振荡器的皮秒量级事件计时测量

研究设计基于高速环形振荡器的皮秒量级事件计时器。利用代表事件的信号上升沿去触发高速环形振荡器,产生与事件同步的时钟脉冲信号,对正弦参考信号采样,再通过全相位FFT算法处理,大幅提高事件计时测量的精度。实验结果表明,在正弦参考信号中心频率f₀=10 MHz,全相位FFT运算点数N=8 192,ADC的量化位数b=14 bits,采样频率f_s=140 MHz的情况下,事件计时器能够获得约3.16 ps rms的单次测量精度,时间稳定性优于±0.31 ps/h,实验结果与基于理论分析的误差范围一致,达到皮秒量级事件计时测量。     

基于可触发环形振荡器的高精度时间间隔测量

提出了一种新的高精度时间间隔测量方法,该方法利用代表事件的短脉冲去触发一个高速环形振荡电路,产生一个与该事件同步的时钟信号,该时钟信号随后被用作模-数转换器(ADC)的采样时钟去采样一个正弦参考信号。因此,两个事件之间的时间间隔被映射成正弦参考信号上的两个点之间的初始相位差,随后对有限数量的样本进行全相位快速傅里叶变换(ap FFT)运算,准确地计算出这个初始相位差,进而可以准确获得两个事件之间的时间间隔。该测量方法降低了工程实现的难度,当正弦参考信号的频率为10 MHz,ADC的采样频率为133 MHz、分辨率为12 bits,ap FFT运算点数为4 096时,可以获得约2. 8 ps rms的单次测量精度和约1ps的时间分辨率,误差分布接近正态,实验结果与基于理论分析的误差范围一致。