[发明专利]TDC时间间隔测量固有误差的校准方法

说明书

本发明公开了TDC时间间隔测量固有误差的校准方法。现有时间间隔测量固有误差的校准方法会增加整个测量系统结构的复杂度，并且重构性差。本发明根据TDC固有误差的来源，设计码密度校准所需的随机信号；其中，随机信号由不同脉宽信号组成，以此来模拟实际测量中随机宽度的待测时间间隔信号；用随机信号对延迟链进行测试，得到测试样本，分析样本数据，得到延迟链单元位宽误差并校准。本发明在防止死锁的前提下保证随机序列的循环顺序，在添加全零状态的前提下保证原有的循环顺序不变。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及TDC时间间隔测量固有误差的校准方法。

背景技术

高精度时间间隔测量技术，在荧光寿命检测、量子通信、航空航天、高能物理研究、全球导航系统、高灵敏度传感器等领域有着广泛的应用。TDC(时间测量系统)主要组成部分有粗测量、细测量。其中TDC的误差来源主要分为两个部分：因工艺缺陷导致的固有误差、压强、电压和温度参数变化导致的测量误差。前者多采用改进系统结构进行误差补偿，后者多采用查找技术手册进行误差补偿。

目前也有时间间隔测量固有误差的校准方法，但大多是通过改进测量系统电路结构来实现的，但是这一类方案，会增加整个测量系统结构的复杂度，并且重构性差。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可重构、结构简单的TDC时间间隔测量固有误差的校准方法。

本发明TDC时间间隔测量固有误差的校准方法，具体步骤如下：

由随机信号发生器生成脉宽大小随机的随机信号，利用随机信号中脉宽大小随机的脉冲信号模拟实际测量中的待测时间间隔信号，并将随机信号输入到延迟链中，在随机信号的下降沿到来时刻记录延迟链单元的输出状态值并判断该输出状态值所对应延迟链单元的位置，然后对该位置的延迟链单元对应的脉冲计数器进行加一操作，获得由延迟链各单元记录事件组成的测试样本，从而统计得到延迟链中第i+1个单元所记录事件的次数n_i和测试样本总数N，其中，i＝0,1,2,…,M，测试样本总数N为随机信号在延迟链各单元被检测的次数总和，然后结合延迟链单元的个数M+1并基于码密度校准原理得到延迟链单元位宽的非线性特性INL(i)，最后根据INL(i)计算位宽非线性误差δ_i＝INL(i)×Δτ_i，其中，Δτ_i为校准前延迟链第i个单元的位宽，得到校准后延迟链的第i个单元的位宽为

随机信号发生器中的线性反馈移位寄存器由寄存器R₀、寄存器R₁、寄存器R₂和寄存器R₃组成；设定线性反馈移位寄存器的跃进步长为L，线性反馈移位寄存器的反馈逻辑j＝1,2,3或4，根据初始化向量Q₀＝(Q₀(0),Q₀(1),Q₀(2),Q₀(3))得到：

根据设定的反馈函数f(x)得到状态转移矩阵A，然后根据状态转移矩阵A得到：

则第一阶段的输出序列为：q₁＝[q₁(0),q₁(1),q₁(2),q₁(3)]，其中：

第二阶段的输出序列为：q₂＝[q₂(0),q₂(1),q₂(2),q₂(3)]，其中：