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中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? 近代信息处理（第十九讲） ——时间测量方法（3） 刘树彬 2011.04.27 2011-04-27 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? * HPTDC——High Performance Time to Digital Converter 概述 实现高精度时间测量的手段 触发、读出及其他 应用 测试方法 2011-04-27 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? * HPTDC的用户 User Parts CMS muon 8000 ALICE TOF 24000 NA48 50 Phobos 80 CAEN 2500 BES 1400 RICE (STAR) 4500 Sky electronics 800 Oku 300 ATLAS CTP 30 HYTEC ? Orsay 200 Tata institute 50 Upsala 100 LHC machine 1000 Imago 100 Ionwerks 1000 LHCb ? Frankfurt 100 Alice V0 10 Struck ? Kopio 3000 Total : ~20 users ~40.000 2011-04-27 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? * HPTDC概述 Number of channels: 32 / 8 Clock frequency: 40 MHz external 40MHz / 80MHz / 160 MHz / 320 MHz internal Resolution: 781 ps ( 261ps RMS) low resolution mode 195 ps ( 64 ps RMS) medium resolution mode 98 ps ( 48 ps RMS) high resolution mode 24 ps ( 40 ps RMS) very high resolution mode (8 channels) 24 ps ( 17 ps RMS Corrected) Dynamic range: 102 us Double pulse resolution: 5 - 10 ns depending on mode Hit rate: Core logic at 40 MHz, Not R-C mode Max. 2 MHz per channel, all 32 channels used Max. 4 MHz per channel, 16 channels used. Event buffer size: 4 x 256 Read-out buffer size: 256 Trigger buffer size: 16 Power consumption: 300mW - 1500 mW depending on modes. Hit inputs: LVDS or LVTTL L1 buffer problem has been (is) a painful experience (too) many different users 2011-04-27 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? * HPTDC内部结构 2011-04-27 * 3.125ns 6.25ns (12.5ns) 25ns 97.65625ps 195.3125ps (390.625ps) 781.25ps 实现高精度时间测量的手段（1） ——PLL倍频和DLL内插 2011-04-27 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? * PLL倍频后时间戳型直接计数（粗计数） 时钟可选择40MHz、160MHz、320MHz 粗计数可到达的分辨率：25ns、6.25ns 、3.125ns 2011-04-27 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? * 利用DLL实现时钟相位内插 DLL内插可到达的分辨率：97.7ps、195.3ps、781.3ps 2011-04-27 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? * 每个输出上有7个一样的电容 通过改变电容数目改变负载 改变延时 校准后+/-20℃可不变 实现高精度时间测量的手段（2） ——无源RC延迟线内插 无源RC延迟线内插可到达的分辨率：24.4ps （仅基于97.7ps精度的基础上提高） 2011-04-27 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬? * 无源RC延迟线内插 击中信号达到的时候，DLL 的状态被以固定的时间间隔连续采样几（M）次 通过鉴别在哪一个采样值后面参考