Wydział Fizyki I Informatyki Stosowanej Akademia Górniczo-Hutnicza



Pobieranie 12.62 Mb.
Strona60/94
Data27.10.2017
Rozmiar12.62 Mb.
1   ...   56   57   58   59   60   61   62   63   ...   94

Rys. 159. Schemat układu TDC z recyrkulacyjną pętlą pomiarową

Impuls startowy przekazywany jest do dwóch gałęzi: pomiarowej i sterującej. Pier-wszą stanowi kaskada, wyposażonych w układy przetrzymujące, buforów opóźniających (KBO) o przełączanym trybie pracy, drugą natomiast, dokonujący tych przełączeń, układ sterujący (US). Zanim propagujący impuls startowy zdąży osiągnąć wyjście kaskady, układ sterujący przełącza stan przewodzenia kluczy S-1 i S-2, rekonfigurując w efekcie otwarty łańcuch buforów opóźniających w zamkniętą pętlę oscylatora pierścieniowego, oraz blokując wejście dla kolejnych impulsów startowych. Każdy pełny obieg cyrkulujących impulsów (o okresie równym okresowi impulsów zagarowych) jest wtedy rejestrowany


w stowarzyszonym liczniku (LO), zwanym potocznie licznikiem „zgrubnym” (coarse counter). W konwencji tej pętla pomiarowa DLL pełni funkcję licznika „precyzyjnego” (fine counter), dokonującego interpolacji w obrębie okresu zegara. Wyznaczająca koniec mierzonego interwału, wiodąca krawędź impulsu stopu (podobnie jak w poprzednio oma-wianym układzie) „zatrzaskuje” na czas odczytu stan buforów i zatrzymuje licznik obiegów recyrkulatora. Łączny stan buforów i licznika reprezentuje cyfrowy wynik pomiaru.

Rozdzielczość czasowa omawianej kategorii konwerterów jest podyktowana przez wartość jednostkowego opóźnienia buforów pomiarowej pętli DLL. W większości realizacji praktycznych jest ono utrzymywane na poziomie 1 ns.

Znaczące przekroczenie tej granicy umożliwiają zaproponowane przez Rahkonena
i Kostamovaara [244], sposoby interpolacji w interwale opóźnienia tD, wykorzystujące
w tym celu różnicę opóźnień jednostkowych w łańcuchach buforów opóźniających. Wed-ług tej idei opracowano dwie wersje układowe: układ z dwoma, oddzielnymi liniami opóź-niającymi impulsów startu i stopu oraz układ z jedną, wspólną linią opóźniającą.

Rysunek 160 przedstawia uproszczony schemat pierwszej wersji. Wykazuje ona duże podobieństwo funkcjonalne do prostego układu z rysunku 158 z tą jednak istotną różnicą, że impuls stopu, „zatrzaskujący” stan buforów linii pomiarowej, podawany jest za poś-rednictwem drugiej linii opóźniającej, której opóźnienie jednostkowe tD stop jest nieco mniejsze niż linii sygnału startu tD start. Propagujący w niej szybciej impuls stopu „dogania” więc systematycznie poprzedzający go impuls startu, zrównując się z nim czołami po przejściu przez obydwa impulsy N-tych pozycji w ich łańcuchach opóźniających. Na nas-tępnych pozycjach impuls stopu będzie „zatrzaskiwał” stany spoczynkowe (zerowe) prze-rzutników wobec inwersji następstwa impulsów start-stop.



Warunek przekrycia czasowego krawędzi czołowych obu impulsów (startu i stopu)


N tD start = T + N tD stop , (233)
gdzie T oznacza długość mierzonego interwału, prowadzi do formuły
T = N (tD start - tD stop) (234)
ukazującej explicite stopień kwantyzacji wielkości mierzonej.

Strukturę układu z jednym łańcuchem buforów opóźniających przedstawiono schema-tycznie na rysunku 161. Sygnałem wejściowym, niosącym informację o mierzonym inter-



wale czasowym, jest w tym przypadku impuls prostokątny o krawędziach przywiązanych odpowiednio do czoła znacznika startu i stopu. W linii zastosowano bufory opóźniające typu current starved o różnych wartościach opóźnień krawędzi narastającej tD start i opada-jącej tD stop.. W szczególności tD start przewyższa nieco tD stop. Sygnał z odczepów linii prze-kazywany jest na wejścia S skojarzonych z nią przerzutników RS. Narastające jego zbocze powoduje przełączenie stanu danego przerzutnika, które jest utrzymywane aż do momentu skasowania (RESET).

Propagujący w linii impuls wejściowy, wobec różnicy opóźnień jego krawędzi, ulega stopniowemu zwężaniu - w każdym buforze o wartość różnicy opóźnień - aż do osiągnię-cia krytycznego stanu, w którym nie jest zdolny spowodować przerzutu trygera RS. Numer bieżący N tego trygera, podobnie jak w wersji pierwszej, określa długość mierzonego inter-wału jako liczbową wielokrotność różnicy (tD start - tD stop ).

Na zasadzie różnicy opóźnień jednostkowych oparte jest również bardziej zaawan-sowane rozwiązanie układowe Christiansena [245],[246]. Rysunek 162 przedstawia


w uproszczeniu jego architekturę.




Rys. 162. Architektura układu TDC według koncepcji Christiansena [245]

Stanowi ono rozwinięcie pierwszej wersji układu Rahkonena, polegające na zastą-pieniu układu dwóch pętli DLL ich matrycą. Jej szkielet tworzy F identycznych pętli za-wierających po N buforów opóźniających. Wymagane przesunięcie fazowe (czasowe)


w pętlach pomiarowych zapewnia pomocnicza pętla DLL o liczbie M buforów - mniejszej od liczby buforów (N) w łańcuchu pomiarowym. Racjonalna organizacja matrycy deter-minuje analogowy odpowiednik najmniej znaczącego bitu (bin size) - Tbin , a więc rozdziel-czość czasową układu, jako różnicę jednostkowych opóźnień pętli pomocniczej tDM i po-miarowej tDN.

(235)

przy czym: oraz (236)
zaś TCl jest okresem zegara zewnętrznego, sterującego pracą systemu.
Wielkości N, M i F z natury swej mogą przyjmować tylko wartości całkowite, uzależ-nione wzajemnie poprzez oczywisty związek wyrażający czas rozdzielczy Tbin jako frakcję jednostkowego opóźnienia pętli pomiarowej tDN.

(237)
Proste działania arytmetyczne na zespole zależności (235  237) prowadzą do warunku
. (238)
Zauważmy, że tkwiąca w formule (238) formalna dowolność wyboru wartości N i M jest skrępowana zadaną wartością okresu zegara systemowego TCl oraz technicznie osią-galną oraz akceptowalną funkcjonalnie, minimalną wartością opóźnienia jednostkowego. Nadto, maksymalną liczbę buforów w linii ograniczają wymogi ich dopasowania oraz, degradujący rozdzielczość czasową, efekt drżenia.

Konwerter Christiansena dedykowany był do pracy w systemie pomiarów akcele-ratorowych, których istotną cechą jest cykliczność pomiarów jednostkowych. Warunkuje ją częstotliwość impulsów taktujących centralnego generatora sterującego zwanego potocznie zegarem systemu. Impulsy zegarowe, inicjujące produkcję zdarzeń fizycznych [231], wyko-rzystywane są wówczas jako jeden z sygnałów niosących informacje czasowe22). W natu-ralnej sekwencji impuls startu wyprzedza wzbudzoną przezeń odpowiedź detektora, a dzie-lący je interwał T jest przedmiotem pomiaru. Wobec stałości okresu impulsów zegaro-wych (TCl = const) pomiaru T można dokonać pośrednio, nadając odpowiedzi detektora atrybut sygnału startu, a bezpośrednio kolejny impuls zegara wykorzystując jako impuls stopu. Te alternatywne możliwości ilustruje poglądowo rysunek 163.

W omawianym układzie impulsy zegarowe (Clock) pełnią funkcję impulsów star-towych. Impuls stopu, informujący o momencie detekcji zdarzenia w punkcie pomia-rowym (HIT), dostarczany jest natomiast przez odpowiedni kanał detekcyjny, powodując krótkotrwałe - na czas odczytu - „zamrożenie” stanu matrycy i przekazanie jej zawartości do toru dalszej obróbki.

Model demonstracyjny tego układu wykonano w formie monolitycznej struktury sca-lonej zrealizowanej w submikronowej (0.7 m) technologii CMOS. Matrycę buforów opóź-niających skonfigurowano dla zadanej częstotliwości zegara (80 MHz) i zakresu dynamicz-



_____________________________________

22) Pomiary tego rodzaju przyjęto w praktyce spektrometrii czasowej nazywać pomiarami zegarowymi względnie jednodetektorowymi, w odróżnieniu od klasycznych pomiarów dwudetektorowych, gdy impuls startu oraz impuls stopu generowane są w dwu różnych detektorach promieniowania.
nego (3 s) przy uwzględnieniu możliwości wybranej technologii (tD min  400 ps), usta-lając wartości znamionujących ją czynników (F =4, N =35, M =28). Zapewniły one utrzy-

manie jednostkowego opóźnienia buforów linii pomiarowych (N) na dopuszczalnym pozio-mie minimalnym (tD N = 357 ps). Dla tak zdymensjonowanej matrycy rozmiar najmniej znaczącego bitu osiągnął wartość LSB = 89.3 ps determinując w ostatecznym efekcie teoretyczną rozdzielczość czasową Resteor układu. Jest ona tożsama z błędem kwantyzacji [247] i w rozważanym przypadku wyniosła


Resteor = = 25.8 ps RMS (239)



Pobieranie 12.62 Mb.

Share with your friends:
1   ...   56   57   58   59   60   61   62   63   ...   94




©operacji.org 2020
wyślij wiadomość

    Strona główna
warunków zamówienia
istotnych warunków
przedmiotu zamówienia
wyboru operacji
Specyfikacja istotnych
produktu leczniczego
oceny operacji
rozwoju lokalnego
strategii rozwoju
kierowanego przez
specyfikacja istotnych
Nazwa przedmiotu
Karta oceny
ramach działania
przez społeczno
obszary wiejskie
dofinansowanie projektu
lokalnego kierowanego
Europa inwestująca
Regulamin organizacyjny
przetargu nieograniczonego
kryteria wyboru
Kryteria wyboru
Lokalne kryteria
Zapytanie ofertowe
Informacja prasowa
nazwa produktu
Program nauczania
Instrukcja obsługi
zamówienia publicznego
Komunikat prasowy
programu operacyjnego
udzielenie zamówienia
realizacji operacji
opieki zdrowotnej
przyznanie pomocy
ramach strategii
Karta kwalifikacyjna
oceny zgodno
Specyfikacja techniczna
Instrukcja wypełniania
Wymagania edukacyjne
Regulamin konkursu
lokalnych kryteriów
strategia rozwoju
sprawozdania finansowego
ramach programu
ramach poddziałania
kryteriów wyboru
operacji przez
trybie przetargu