Novel hybrid low-resource Field-Programmable-Gate-Array time-to-digital-converter architecture

现场可编程门阵列 计算机科学 最低有效位 时间数字转换器 计算机硬件 微分非线性 嵌入式系统 电子工程 工程类 电信 抖动 时钟信号 操作系统
作者
D. Real,D. Calvo,Mario Manzaneda,A. F. Díaz,R. Gozzini,J. D. Zornoza,Carlos Ricolfe-Viala,Rafael Lajara
标识
DOI:10.36227/techrxiv.170905916.61371080/v1
摘要

Time measurements are challenging in electronics 1 given their various applications. The main focus lies not in achieving greater precision, as conventional architectures have already reached picosecond levels. Instead, the challenge stems from the use of low resources and the substantial expansion in the number of channels. This study presents a novel architecture for the implementation of TDCs in applications where resources are constrained. The introduced FPGA-based TDC offers a resolution of 415.84 ps, a single-shot precision of 0.45 LSB (186 ps r.m.s), while maintaining a minimal resource occupancy. Built upon a multi-shift phase counter, the TDC is extended with a tap delay using the input delay available in the FPGA hardware input, doubling the resolution of the TDC. The resource utilization is minimized when compared to low-resources state-of-the-art TDCs. The number of LUTs has been reduced up to 102, and the number of registers to 213. Furthermore, the presented TDC exhibits favorable DNL (0.2 LSB) and INL 17 (0.15 LSB). The TDC has been successfully implemented on an Artix7-2 FPGA from Xilinx. This design provides a resource-effective solution for applications requiring high precision and low resource consumption.

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