[发明专利]一种高精度低抖动延时脉冲发生器

说明书

本发明公开一种高精度低抖动延时脉冲发生器，包括TDC(Time digital converter)模块测量外部触发信号与时钟信号之间的时间间隔，用于补偿脉冲输出的抖动；抖动补偿模块将TDC测得的时间信息与用户设定的延时信息进行处理得出最终延时信息补偿到输出脉冲上；粗延时模块用于对触发信号进行粗略延时，延时输出到细延时芯片上；串口通信模块用与将用户设定的延时信息发送到上位机；Nios II软核处理器模块，将用于设定信息进行处理发送到相应的模块。本发明利用粗细结合的延时方法解决了计数器精度低与数控延时芯片延时范围小的问题，同时利用TDC技术大大降低了输出脉冲的抖动。整个系统集成度高。延时精度到达22ps，脉冲输出抖动为500ps。

技术领域

本发明涉及一种时序同步装置。尤其是一种用于飞行时间质谱仪的亚纳秒级延时脉冲发生装置。

背景技术

脉冲延时发生器是一种时序控制仪器，它可以将某一触发信号作为时间零点，并且输出相对于时间零点延时可调的脉冲信号，用来驱动其他仪器的工作，从而实现对多个仪器的时序控制，脉冲延时发生器在高速分幅相机、雷达系统、飞行时间质谱仪器等设备中都起着关键的作用。实现脉冲延时的方法包括计数器法、数控延迟线法。

计数器法延时的原理是对稳定的时钟信号进行计数，通过控制计数的个数控制延时时间，该方法比较容易获得动态范围大的延时，但是采样时钟频率的控制，延时分辨率不会很高，同时输出脉冲的抖动也受采样时钟的影响，导致脉冲输出抖动与延时分辨率一样大小，无法获得更低的脉冲输出抖动；数控延时线法采用了模拟电路技术来实现脉冲延时的精准控制，该方法通过D/A将设定的延时信息转换成电压值，外部触发信号到来时触发斜波电路，利用比较器将D/A的电压值与斜波电路的电压值进行比较，当二者相等时输出延时脉冲。该方法可以获得很高的延时分辨率，但是延时动态范围非常有限。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高精度低抖动延时脉冲发生器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高精度低抖动延时脉冲发生器，包括外部触发输入接口、细延时模块、串口通信模块以及利用FPGA内部资源构建的TDC(Time to digital converter)模块、抖动补偿模块、粗延时模块、Nios II软核处理器；所述外部触发输入接口用于接收外部触发信号；所述TDC模块与所述外部触发输入接口和抖动补偿模块相连接，用于测量出外部触发信号与时钟信号之间的时间间隔；所述抖动补偿模块用于将TDC模块测量结果与用户设定的延时进行处理，得出最终延时值；所述粗延时模块用于对外部触发信号进行粗略延时，输出粗延时脉冲；所述细延时模块用于对经过粗延时的脉冲进行细延时；用户将设定的延时信息通过所述串口通信模块发送到FPGA内部的粗延时模块和TDC模块；所述Nios II软核处理器与串口通信模块、抖动补偿模块、粗延时模块相连接，Nios II软核处理器用于将用户设定的信息进行处理，并将处理的延时信息传递到指定的模块。

进一步的，所述粗延时模块分别与Nios II软核处理器模块、抖动补偿模块、细延时模块相连接。

进一步的，所述抖动补偿模块分别与Nios II软核处理器、TDC模块、细延时模块、粗延时模块相连接。

进一步的，上位机通过串口通信模块与Nios II软核处理器进行通信。

进一步的，细延时模块通过专用延时细腻片构建，串口通信模块通过CP2102构建。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.将计数器法与数控延时线法相结合，计数器法可以实现大动态范围的延时，数控延时线法可以实现高分辨率的延时，将两种延时方法结合，弥补了计数器法延时分辨率低和数控延时线法动态范围小的缺点，最终可以实现动态范围为1s，延时分辨率可达22ps的脉冲延时。