TDC粗计数误差消除方法及装置

本发明涉及时间量的数字化测量，尤其涉及一种tdc粗计数误差消除方法及装置。

背景技术：

1、tdc(time-to-digital converter)，即时间数字转换器，是常用的时间间隔测量电子学电路。时间数字转换器是一种可以识别事件发生时间，将模拟信号转换成数字信号的仪器，广泛应用于统计激光器后脉冲分布、粒子碰撞时间、量子光学、量子密钥分配、光检测和激光雷达测距等科研领域。

2、时间数字转换器是目前用于精确时间测量的核心器件，可以根据两个信号脉冲start和stop，测量出两个信号之间的时间差t，并将时间信号转换为数字信号。而时间测量所能达到的精度则是整个芯片测量的关键。

3、为了能够拥有更长的动态测量范围和高分辨率，一般tdc都会采用粗精度计数和细精度计数相结合的方案。其中细精度计数一般利用电路器件的信号传输延时构成的延时链来实现，其测量精度为器件的最小延时。

4、而粗计数采用是由系统工作时钟来驱动的计数器来实现，其测量精度由系统工作时钟来决定。

5、其中外部信号脉冲start和stop与tdc的内部工作时钟clktdc是异步的，所以在clktdc一个周期内的任意时间点都有机会出现外部信号脉冲start或stop。如果clktdc的有效边沿与外部输入信号同时发生，由于不满足计数器建立/保持时间的要求，就会产生计数器状态的不确定性，从而造成测量误差。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提出一种tdc粗计数误差消除方法及装置，以解决现实tdc系统工作时钟与理想时钟之间存在的相位差以及异步信号触发所带来的不确定性问题。

2、为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种tdc粗计数误差消除方法，采用了如下所述的技术方案，包括下述步骤：

3、获取输入信号s1，第一采样器在输入信号s1触发时锁住数字计数器的值，得到第一计数值；

4、对所述输入信号s1进行延迟，得到延迟信号s2，第二采样器在延迟信号s2触发时锁住所述数字计数器的值，得到第二计数值；

5、将所述第一计数值和所述第二计数值存储到数据缓冲区；

6、将所述第二计数值与所述第一计数值进行比较，如果不等，则认为所述第一计数值为粗计数误差值，所述数据缓冲区对所述粗计数误差值进行标记，剔除所述粗计数误差值。

7、进一步的，所述获取输入信号s1，第一采样器在输入信号s1触发时锁住数字计数器的值，得到第一计数值的步骤具体包括：

8、获取从外部输入tdc的事件信号，即输入信号s1；

9、在所述输入信号s1触发时，所述第一采样器在所述输入信号s1的有效沿时使用触发器，锁住所述数字计数器的值，得到第一计数值。

10、进一步的，所述对所述输入信号s1进行延迟，得到延迟信号s2，第二采样器在延迟信号s2触发时锁住数字计数器的值，得到第二计数值的步骤具体包括：

11、根据系统工作时钟以及tdc工作环境，进行设置延时时间；

12、根据所述延时时间，对所述输入信号s1进行延迟，得到延迟信号s2；

13、在所述延迟信号s2触发时，所述第二采样器在所述延迟信号s2的有效沿时使用触发器，锁住所述数字计数器的值，得到第二计数值。

14、进一步的，将所述第二计数值与所述第一计数值进行比较，如果相等，则认为所述第一计数值为正确值，对所述第一计数值进行统计。

15、进一步的，所述第一采样器、第二采样器均包括多个触发器。

16、进一步的，所述将所述第一计数值和所述第二计数值存储到数据缓冲区的步骤之前，还包括步骤：

17、对所述第一计数值进行判断，以确定所述第一计数值是否由所述输入信号s1触发的；

18、如果是，则将所述第一计数值存储到数据缓冲区；

19、等待所述延迟信号s2触发，获取所述延迟信号s2触发时产生的第二计数值。

20、为了解决上述技术问题，另一方面，本发明还提供一种tdc粗计数误差消除装置，采用了如下所述的技术方案，包括：

21、第一获取模块，用于获取输入信号s1，第一采样器在输入信号s1触发时锁住数字计数器的值，得到第一计数值；

22、第二获取模块，用于对所述输入信号进行延迟，得到延迟信号s2，第二采样器在延迟信号s2触发时锁住数字计数器的值，得到第二计数值；

23、缓冲模块，用于将所述第一计数值和所述第二计数值存储到数据缓冲区；

24、处理模块，用于将所述第二计数值与所述第一计数值进行比较，如果不等，则认为所述第一计数值为粗计数误差值，所述数据缓冲区对所述粗计数误差值进行标记，剔除所述粗计数误差值。

25、进一步的，所述处理模块包括：

26、误差清除模块和数据存储模块，所述误差清除模块用于清除粗计数误差，所述数据存储模块用于存储无误差的数据。

27、为了解决上述技术问题，另一方面，本发明还提供一种tdc粗计数误差消除装置，采用了如下所述的技术方案，包括：

28、计数模块和数据处理模块，所述计数模块用于测量原始输入信号和延迟信号的时间，将所得到的原始输入信号和延迟信号的时间保存输出到所述数据处理模块；所述数据处理模块用于实时数据处理并消除粗计数误差，将无误差的结果保存下来。

29、进一步的，所述计数模块包括计数器、延时模块、第一采样器、第二采样器及第一数据缓冲区；

30、所述数据处理模块包括数据处理块及第二数据缓冲区。

31、与现有技术相比，本发明主要有以下有益效果：通过对异步触发信号引入一个适当的延时，比较引入延时后信号的触发计数值与原信号计数值，实现一种用于高精度tdc的粗计数误差消除系统，降低tdc整体时间测量误差。

技术特征：

1.一种tdc粗计数误差消除方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的tdc粗计数误差消除方法，其特征在于，所述获取输入信号s1，第一采样器在输入信号s1触发时锁住数字计数器的值，得到第一计数值的步骤具体包括：

3.根据权利要求1所述的tdc粗计数误差消除方法，其特征在于，所述对所述输入信号s1进行延迟，得到延迟信号s2，第二采样器在延迟信号s2触发时锁住数字计数器的值，得到第二计数值的步骤具体包括：

4.根据权利要求1所述的tdc粗计数误差消除方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的tdc粗计数误差消除方法，其特征在于：

6.根据权利要求1至5任意一项所述的tdc粗计数误差消除方法，其特征在于，所述将所述第一计数值和所述第二计数值存储到数据缓冲区的步骤之前，还包括步骤：

7.一种tdc粗计数误差消除装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的tdc粗计数误差消除装置，其特征在于，所述处理模块包括：

9.一种tdc粗计数误差消除装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的tdc粗计数误差消除装置，其特征在于：

技术总结本发明属于时间量的数字化测量技术领域，涉及一种TDC粗计数误差消除方法及装置，所述方法包括获取输入信号S1，第一采样器在输入信号S1触发时锁住数字计数器的值，得到第一计数值；对输入信号进行延迟，得到延迟信号S2，第二采样器在延迟信号S2触发时锁住数字计数器的值，得到第二计数值；将第一计数值和第二计数值存储到数据缓冲区；将第二计数值与第一计数值进行比较，如不等，则认为第一计数值为粗计数误差值，数据缓冲区对粗计数误差值进行标记且剔除。通过对异步触发信号引入一个适当的延时，比较引入延时后信号的触发计数值与原信号计数值，实现一种用于高精度TDC的粗计数误差消除系统，降低TDC整体时间测量误差。技术研发人员：李琰,俞航,杜洲际受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/1/13