| 摘要 | 第1-4页 |
| Abstract | 第4-6页 |
| 目录 | 第6-12页 |
| 第一章 时间数字转换电路的需求 | 第12-26页 |
| ·物理实验中的时间测量 | 第12-16页 |
| ·固定靶实验和对撞实验 | 第12-13页 |
| ·第三代北京谱仪(BESⅢ) | 第13-16页 |
| ·主漂移室的时间测量 | 第14-15页 |
| ·飞行时间计数器的时间测量 | 第15-16页 |
| ·国防应用中的时间测量 | 第16-19页 |
| ·激光测距 | 第16-18页 |
| ·脉冲式激光测距 | 第16页 |
| ·连续波相位式激光测距 | 第16-18页 |
| ·子弹速度测量 | 第18-19页 |
| ·其它应用 | 第19页 |
| ·工业应用和仪器中的时间测量 | 第19-23页 |
| ·正电子发射型计算机断层显像(PET) | 第19-20页 |
| ·质谱仪 | 第20-21页 |
| ·物理量的测量 | 第21-23页 |
| ·超声波流量测量 | 第21-22页 |
| ·超声波厚度测量 | 第22页 |
| ·超声波密度测量 | 第22-23页 |
| ·磁致伸缩量定位 | 第23页 |
| ·小结 | 第23-24页 |
| 参考文献 | 第24-26页 |
| 第二章 时间数字转换电路的方法和手段 | 第26-44页 |
| ·计数器技术 | 第26-27页 |
| ·起停型计数器技术 | 第26-27页 |
| ·流水线型和数据驱动型计数器技术 | 第27页 |
| ·电流积分技术 | 第27-29页 |
| ·时间放大技术 | 第29-30页 |
| ·游标卡尺技术(Vernier) | 第30-31页 |
| ·“粗”计数和“细”时间测量组合技术 | 第31-32页 |
| ·时间内插技术 | 第32-41页 |
| ·内插基础——延迟线技术 | 第32-33页 |
| ·与参考时钟相关的内插技术 | 第33-38页 |
| ·锁相环(PLL)技术 | 第33-35页 |
| ·延迟锁定环(DLL)技术 | 第35页 |
| ·延迟锁定环阵列 | 第35-36页 |
| ·无源RC延迟线配合DLL | 第36-37页 |
| ·模拟时间内插 | 第37-38页 |
| ·不使用参考时钟的内插方式 | 第38-41页 |
| ·游标差分技术 | 第38-40页 |
| ·环形游标技术 | 第39-40页 |
| ·双刻度游标方法 | 第40页 |
| ·耦合振荡器阵列 | 第40-41页 |
| ·小结 | 第41-42页 |
| 参考文献 | 第42-44页 |
| 第三章 时间数字转换电路的关键参数及误差分析 | 第44-50页 |
| ·时间数字转换电路的主要性能参数 | 第44-46页 |
| ·微分非线性DNL | 第44-45页 |
| ·积分非线性INL | 第45页 |
| ·增益误差 | 第45页 |
| ·偏移 | 第45-46页 |
| ·动态误差源分析 | 第46-48页 |
| ·量化噪声 | 第46-47页 |
| ·时钟信号的相位噪声 | 第47页 |
| ·电源噪声 | 第47页 |
| ·其他噪声源 | 第47-48页 |
| ·偏移变化 | 第48页 |
| ·转换器校准 | 第48页 |
| ·小结 | 第48-49页 |
| 参考文献 | 第49-50页 |
| 第四章 基于FPGA的时间数字转换电路实现方法 | 第50-78页 |
| ·FPGA的发展 | 第50-51页 |
| ·FPGA结构和原理 | 第51-54页 |
| ·FPGA厂商及其产品 | 第54-64页 |
| ·Xilinx | 第54-57页 |
| ·开发软件 | 第55页 |
| ·主流芯片 | 第55-57页 |
| ·主流PLD产品 | 第55页 |
| ·主流FPGA产品 | 第55-57页 |
| ·Altera | 第57-60页 |
| ·开发软件 | 第58页 |
| ·主流芯片 | 第58-60页 |
| ·主流PLD产品 | 第58页 |
| ·主流FPGA产品 | 第58-60页 |
| ·Lattice | 第60-62页 |
| ·开发软件 | 第60页 |
| ·主流芯片 | 第60-62页 |
| ·主流PLD产品 | 第60-61页 |
| ·主流FPGA产品 | 第61页 |
| ·数模混合产品 | 第61-62页 |
| ·QuickLogic | 第62-63页 |
| ·开发软件 | 第62页 |
| ·主流芯片 | 第62-63页 |
| ·Actel | 第63页 |
| ·Cypress | 第63-64页 |
| ·Atmel | 第64页 |
| ·WSI | 第64页 |
| ·基于FPGA的时间数字转换电路方法 | 第64-75页 |
| ·计数器方法 | 第64页 |
| ·利用FPGA中锁存和缓存延时时间的方法 | 第64-67页 |
| ·利用两维延时矩阵的方法 | 第67-69页 |
| ·利用积分时钟的方法 | 第69-70页 |
| ·利用FPGA中级链连线的方法 | 第70-71页 |
| ·Zielinski的方法 | 第71-72页 |
| ·利用两级级链延时线的方法 | 第72-74页 |
| ·利用两级内插的方法 | 第74-75页 |
| ·小结 | 第75-76页 |
| 参考文献 | 第76-78页 |
| 第五章 利用FPGA中的专用进位连线资源实现时间内插 | 第78-96页 |
| ·时间数字转换电路的设计思路 | 第78-79页 |
| ·几种主要FPGA中的专用进位连线资源 | 第79-83页 |
| ·Altera公司的FPGA | 第79-80页 |
| ·Xilinx公司的FPGA | 第80-82页 |
| ·Lattice公司的FPGA | 第82-83页 |
| ·利用FPGA中的进位连线实现进位链 | 第83页 |
| ·实现时间内插的方法 | 第83-86页 |
| ·乘法器 | 第84页 |
| ·比较器 | 第84-85页 |
| ·加法器 | 第85-86页 |
| ·实现时间内插的原理 | 第86-87页 |
| ·时间内插电路的具体实现 | 第87-94页 |
| ·在Altera公司FPGA中的具体实现 | 第87-92页 |
| ·FPGA器件的选择 | 第87-88页 |
| ·时间内插电路在ACEX1K系列FPGA中的具体实现 | 第88-91页 |
| ·时间内插电路的时序仿真 | 第91-92页 |
| ·在Xilinx公司FPGA中的具体实现 | 第92-94页 |
| ·FPGA器件的选择 | 第92-93页 |
| ·时间内插电路在VirtexⅡ系列FPGA中的具体实现 | 第93-94页 |
| ·时间内插电路的时序仿真 | 第94页 |
| ·小结 | 第94-95页 |
| 参考文献 | 第95-96页 |
| 第六章 基于FPGA的时间数字转换电路(TDC)设计 | 第96-120页 |
| ·粒子物理实验对时间数字转换电路的需求 | 第96-99页 |
| ·大的动态范围 | 第96-97页 |
| ·不同的测量精度 | 第97页 |
| ·良好的线性特征 | 第97页 |
| ·多次击中能力 | 第97-98页 |
| ·多通道和低功耗 | 第98页 |
| ·灵活的触发方式 | 第98页 |
| ·方便的监测和控制 | 第98-99页 |
| ·抗噪声的电路设计 | 第99页 |
| ·典型的适合粒子物理实验的时间数字转换电路——HPTDC | 第99-104页 |
| ·锁相环时钟控制 | 第100页 |
| ·“粗”时间计数器 | 第100-101页 |
| ·“细”时间测量 | 第101-102页 |
| ·数据写入L1缓冲区 | 第102页 |
| ·L1缓冲区 | 第102页 |
| ·触发匹配 | 第102-103页 |
| ·读出缓冲 | 第103页 |
| ·读出接口 | 第103页 |
| ·HPTDC的工作模式 | 第103页 |
| ·HPTDC的工作 | 第103-104页 |
| ·基于专用进位连线资源的时间数字转换电路设计 | 第104-110页 |
| ·“粗”时间测量 | 第104-107页 |
| ·计数器 | 第104-106页 |
| ·“粗”时间测量电路 | 第106-107页 |
| ·系统时钟 | 第107页 |
| ·“细”时间测量 | 第107-108页 |
| ·编码单元 | 第108-110页 |
| ·缓存单元 | 第110页 |
| ·时间数字转换电路的仿真及其结果、讨论 | 第110-118页 |
| ·基于EP1K50 FPGA器件的时间数字转换电路仿真 | 第110-113页 |
| ·基于XC2V4000 FPGA器件的时间数字转换电路仿真 | 第113-118页 |
| ·小结 | 第118-119页 |
| 参考文献 | 第119-120页 |
| 第七章 测试系统 | 第120-148页 |
| ·系统设计目标 | 第120页 |
| ·系统设计考虑 | 第120-121页 |
| ·系统设计框图 | 第121-122页 |
| ·系统各部分设计 | 第122-142页 |
| ·测试系统总线平台 | 第122-127页 |
| ·VME总线 | 第122-124页 |
| ·VME总线的发展过程 | 第122-123页 |
| ·VME总线系统基本构成 | 第123页 |
| ·VME的数据传送 | 第123-124页 |
| ·USB总线 | 第124-127页 |
| ·USB总线简介 | 第124-125页 |
| ·USB数据传输 | 第125-126页 |
| ·USB接口电路设计 | 第126-127页 |
| ·总线接口设计和控制 | 第127页 |
| ·测试系统时钟设计 | 第127-128页 |
| ·时钟源 | 第128页 |
| ·时钟分配 | 第128页 |
| ·时间数字转换电路时钟的产生 | 第128页 |
| ·信号完整性 | 第128-134页 |
| ·传输线匹配方面的考虑 | 第129-131页 |
| ·传输线 | 第129页 |
| ·反射与阻抗控制 | 第129-131页 |
| ·PCB布线方面的考虑 | 第131-134页 |
| ·阻抗匹配 | 第131-132页 |
| ·阻抗控制 | 第132-133页 |
| ·布线尽可能短 | 第133页 |
| ·差分线的布线 | 第133页 |
| ·滤波和旁路电容的放置 | 第133页 |
| ·降低信号间串扰的措施 | 第133-134页 |
| ·测试系统电源设计 | 第134-140页 |
| ·测试系统的功耗 | 第134-135页 |
| ·TTL器件功耗计算方法 | 第134页 |
| ·PECL器件功耗计算方法 | 第134页 |
| ·FPGA器件功耗计算方法 | 第134-135页 |
| ·各类电阻功耗的计算方法 | 第135页 |
| ·系统电源芯片的选择 | 第135-136页 |
| ·MIC29751—3.3 | 第135-136页 |
| ·LP3856—2.5 | 第136页 |
| ·LT1764A—1.5 | 第136页 |
| ·电源完整性 | 第136-140页 |
| ·PCB板叠层考虑和电源、地平面分割 | 第136-138页 |
| ·电源滤波 | 第138-140页 |
| ·板级滤波 | 第138页 |
| ·芯片级滤波 | 第138-139页 |
| ·电容的选择 | 第139-140页 |
| ·FPGA配置电路设计 | 第140-142页 |
| ·VirtexⅡ系列FPGA的配置 | 第140-141页 |
| ·ACEX1K系列FPGA的配置 | 第141页 |
| ·Cyclone系列FPGA的配置 | 第141-142页 |
| ·测试系统数据读出设计 | 第142页 |
| ·系统软件设计 | 第142-146页 |
| ·VME读出软件设计 | 第142-145页 |
| ·BIT3底层驱动函数 | 第143页 |
| ·接口控制 | 第143-144页 |
| ·数据获取 | 第144页 |
| ·用户界面 | 第144-145页 |
| ·USB读出软件设计 | 第145-146页 |
| ·WinDriver的工作原理 | 第145页 |
| ·WinDriver的特点 | 第145-146页 |
| ·基于WinDriver的程序开发 | 第146页 |
| ·分析软件 | 第146页 |
| ·小结 | 第146-147页 |
| 参考文献 | 第147-148页 |
| 第八章 系统测试及测试结果 | 第148-166页 |
| ·测试方法 | 第148-153页 |
| ·码密度测试法 | 第148-150页 |
| ·最小时间测量单元 | 第149-150页 |
| ·积分非线性 | 第150页 |
| ·微分非线性 | 第150页 |
| ·延迟线测试法 | 第150-151页 |
| ·INL修正原理 | 第151-153页 |
| ·测试平台搭建 | 第153页 |
| ·测试结果 | 第153-161页 |
| ·Altera公司FPGA的测试结果 | 第153-158页 |
| ·最小时间测量单元(LSB) | 第153-154页 |
| ·非线性测试 | 第154-157页 |
| ·精度测试 | 第157-158页 |
| ·Xilinx公司FPGA的测试结果 | 第158-161页 |
| ·最小时间测量单元(LSB) | 第158页 |
| ·非线性测试 | 第158-161页 |
| ·精度测试 | 第161页 |
| ·测试结果分析及修正 | 第161-164页 |
| ·Altera公司FPGA | 第161-163页 |
| ·测试结果分析 | 第161-162页 |
| ·测试结果修正 | 第162-163页 |
| ·Xilinx公司FPGA | 第163-164页 |
| ·测试结果分析 | 第163页 |
| ·测试结果修正 | 第163-164页 |
| ·小结 | 第164-165页 |
| 参考文献 | 第165-166页 |
| 第九章 总结和展望 | 第166-170页 |
| ·工作总结 | 第166-167页 |
| ·特点 | 第166-167页 |
| ·先进性和实用性 | 第167页 |
| ·本人的工作和创新之处 | 第167-168页 |
| ·展望 | 第168-169页 |
| ·下面的工作展望 | 第168页 |
| ·应用展望 | 第168-169页 |
| 参考文献 | 第169-170页 |
| 附录A 实现时间数字转换电路的FPGA | 第170-171页 |
| 附录B 测试系统外观照片 | 第171-172页 |
| 附录C 测试环境照片 | 第172-173页 |
| 攻读学位期间的学术成果 | 第173-175页 |
| 致谢 | 第175页 |
