Субнаносекундный измеритель временных интервалов на ПЛИС Опции

[MIX@]

Доброго времени суток!

Необходимо с очень высокой точностью (разрешение - 100 ps) померить разность фаз между двумя прямоугольными 5Мгц сигналами. Фактически, фазовый детектор для ФАПЧа.

Понятно, что в лоб (счётчик, работающий на высокой частоте) такую задачу не решить, т.к. период 100 пс соответствует 10GHz сигналу. Даже если использовать хак - 8 счётчиков от частот, сдвинутых на 45 градусов относительно друг друга, с последующим их сложением (усреднением) - понадобится клок на 1,25 GHz.

Есть мнения - возможно ли в принципе решить такую задачу целиком в ПЛИС?

Заранее спасибо.

[rx3apf]

Вряд ли. Внешние компоненты все равно потребуются. Можно попробовать через преобразование время-напряжение и оцифровать (300 ps получали), или через заряд-разряд конденсатора.

[MIX@]

Вряд ли. Внешние компоненты все равно потребуются. Можно попробовать через преобразование время-напряжение и оцифровать (300 ps получали), или через заряд-разряд конденсатора.

Преобразователь время-напряжение делали на рассыпухе или брали готовый чип?

У меня возникла идея - сделать линию задержки внутри плис на защёлках или LCELLах. Или задержка лутов/защёлок в LE заведомо больше 100пс?

[_pv]

http://lmgtfy.com/?q=fpga+tdc

[crono]

Посмотрите вот на эту мелкосхему. Точность измерения 13 ps.

[rudy_b]

Можно использовать собственные задержки элементов ПЛИС, которые намного меньше наносекунды и достаточно стабильны. Думаю, что на быстрой детали 100 пс отожмете.

[Gate]

Или вот эту http://www.acam-usa.com/GPX.html

[Petr_I]

Возможно. Делается на линии задержки и цепочки из триггеров. В гугле полно статей на эту тему, даже примеры есть.
Но на практике это жуткий гемрой.
На спец микросхеме проще и сильно дешевле.

[Lmx2315]

может эта тема натолкнёт на что-то дельное - http://electronix.ru/forum/lofiversion/ind...hp/t111164.html
з.ы.
а то - линии задержки, ну ну .

[_Anatoliy]

Если частоты одинаковые - оцифровать(АЦП),перемножить(ПЛИС),фазовым детектором от DPLL получить разность фаз(ПЛИС),отфильтровать(ПЛИС).Фактически перемножитель и есть ФД.Подумайте.

[rx3apf]

Преобразователь время-напряжение делали на рассыпухе или брали готовый чип?

Я сам этим не занимался. Посмотрите темы http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?t=20109
и http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?t=21028 (посты от Леонида Ивановича).

[alexadmin]

Доброго времени суток!

Необходимо с очень высокой точностью (разрешение - 100 ps) померить разность фаз между двумя прямоугольными 5Мгц сигналами. Фактически, фазовый детектор для ФАПЧа.

Еще можно для этих целей встроенный трансивер на 10 Гбит использовать. Но, боюсь, стоимость вам не понравится...

PS Хотя самый дешевый кинтекс7 по 150$ обещают. Не так и дорого

[MIX@]

Всем спасибо за советы.
Предварительно принято решение использовать TDC чип THS788 от TI. За наводку отдельное спасибо crono.
Единственная досада - нету evolution board на этой мелкосхеме. Хотелось бы для провести натурный эксперимент и точно понять насколько она нам подходит. Если кто-то располагает информацией об отладке - отпишитесь.

P.S. Кстати, в инете действительно много информации по созданию пикосекундных интервалометров на ПЛИС. В основном, делается на цифровой линии задержки. И как я понял, основная проблема - это калибровка, чтобы минимизировать зависимость от температуры и напряжения. Если кто занимался этой проблемой - скиньте посмотреть более менее вменяемые материалы, для общего развития. Спасибо.

[Bad0512]

Всем спасибо за советы.
P.S. Кстати, в инете действительно много информации по созданию пикосекундных интервалометров на ПЛИС. В основном, делается на цифровой линии задержки. И как я понял, основная проблема - это калибровка, чтобы минимизировать зависимость от температуры и напряжения.

В этом как раз и есть главное отличие радиолюбительской поделки от промышленного устройства - повторяемость результата во всём температурном диапазоне и в больших партиях устройств. Что-то намерять конечно можно и на ПЛИС, но вот доверять этому - вряд ли.

P.S. ИМХО вы правильной дорогой движетесь.

[Lmx2315]

Доброго времени суток!

Необходимо с очень высокой точностью (разрешение - 100 ps) померить разность фаз между двумя прямоугольными 5Мгц сигналами. Фактически, фазовый детектор для ФАПЧа.

Понятно, что в лоб (счётчик, работающий на высокой частоте) такую задачу не решить, т.к. период 100 пс соответствует 10GHz сигналу. Даже если использовать хак - 8 счётчиков от частот, сдвинутых на 45 градусов относительно друг друга, с последующим их сложением (усреднением) - понадобится клок на 1,25 GHz.

Есть мнения - возможно ли в принципе решить такую задачу целиком в ПЛИС?

..объясните мне, почему нельзя поделить два прямоугольных сигнала частотой 5 мгц , в 1.048.576 раз (двадцать делителей на два) и не измерить в ПЛИС разность фаз уже у остатков от деления? А потом учесть в результате кратность ?
т.с. во времени ведь не особо ограничен? Если будете измерять задержку 100 МГц частотой - точность будет достаточная.
Просто по логике - любой сигнал можно бесконечно точно измерить за бесконечно большое время измерения.

[Bad0512]

..объясните мне, почему нельзя поделить два прямоугольных сигнала частотой 5 мгц , в 1.048.576 раз (двадцать делителей на два) и не измерить в ПЛИС разность фаз уже у остатков от деления? А потом учесть в результате кратность ?
т.с. во времени ведь не особо ограничен? Если будете измерять задержку 100 МГц частотой - точность будет достаточная.
Просто по логике - любой сигнал можно бесконечно точно измерить за бесконечно большое время измерения.

Можно, но вы получите усреднённую величину на периоде в 200мс. Это немного не то же самое, что мнгновенный фазовый сдвиг. Хуже всего, что у такой схемы есть большая задержка, что неприемлемо в петле ФАПЧ если нужна не слишком узкая петля.

[Lmx2315]

Можно, но вы получите усреднённую величину на периоде в 200мс. Это немного не то же самое, что мнгновенный фазовый сдвиг. Хуже всего, что у такой схемы есть большая задержка, что неприемлемо в петле ФАПЧ если нужна не слишком узкая петля.

..при таком делении сигналов, их разность фаз не меняется никак(максимум растёт джиттер фронтов). А про полосу петли ФАПЧ т.с. ничего не упоминал.

[winipuh]

..объясните мне, почему нельзя поделить два прямоугольных сигнала частотой 5 мгц , в 1.048.576 раз (двадцать делителей на два) и не измерить в ПЛИС разность фаз уже у остатков от деления? А потом учесть в результате кратность ?
т.с. во времени ведь не особо ограничен? Если будете измерять задержку 100 МГц частотой - точность будет достаточная.
Просто по логике - любой сигнал можно бесконечно точно измерить за бесконечно большое время измерения.

Думаю топикстартер про ФАПЧ просто так упомянул.
Я вот тему тут одну поднимал. Думаю задача похожая.
Если клоки синхронные (грубо говоря, частота у каждого ровно 5 MHz), но у них имеется сдвиг друг относительно друга, скажем, на 100 ps (пёс с ним, с джиттером), то делением частоты это никак не померить.

[Lmx2315]

Если клоки синхронные (грубо говоря, частота у каждого ровно 5 MHz), но у них имеется сдвиг друг относительно друга, скажем, на 100 ps (пёс с ним, с джиттером), то делением частоты это никак не померить.

..ох, 100 пс - это 0.2 градуса фазы 5 мгц , если поделить в мильён раз то получим два 5 гц сигнала сдвинутых друг относительно друга на те же 0.2 градуса. Только теперь 0.2 градуса - это уже 100 мкс - которые не тяжело померить хоть 1 МГц сигналом.

[winipuh]

Если частоты одинаковые - оцифровать(АЦП),перемножить(ПЛИС),фазовым детектором от DPLL получить разность фаз(ПЛИС),отфильтровать(ПЛИС).Фактически перемножитель и есть ФД.Подумайте.

Интересная мысль! Не могли бы Вы ее развить?
Вот попутно вопросы. А если сигналы прямоугольные (меандр) - с какой частотой оцифровывать? Как фильтровать перед АЦП? Можно ли (в теории) измерять, выделяя и оцифровывая первую гармонику?

..ох, 100 пс - это 0.2 градуса фазы 5 мгц , если поделить в мильён раз то получим два 5 гц сигнала сдвинутых друг относительно друга на те же 0.2 градуса. Только теперь 0.2 градуса - это уже 100 мкс - которые не тяжело померить хоть 1 МГц сигналом.

Не согласен


P.S. На мильон как-то влом делить. Уж извините. Поделил на 8.

[Lmx2315]

P.S. На мильон как-то влом делить. Уж извините. Поделил на 8.

..да, это я глупость сморозил, извиняюсь перед участниками дискуссии.

[_pv]

сколько времени есть на измерение этого фазового сдвига,
надо успеть за один период 200нс, или можно долго усреднять?
а то может просто xor, причём даже на просто быстрой кмоп логике,(при этом наверное один сигнал фиксированно немного задержать чтобы около нуля не работать или просто синвертировать), потом простой фильтр и небыстрый сигма-дельта АЦП, который от этих же 5 МГц и затактировать.

[_Anatoliy]

Интересная мысль! Не могли бы Вы ее развить?
Вот попутно вопросы. А если сигналы прямоугольные (меандр) - с какой частотой оцифровывать? Как фильтровать перед АЦП? Можно ли (в теории) измерять, выделяя и оцифровывая первую гармонику?

Вы правы,АЦП и меандр не очень дружат. Я в своём DPLL на один вход перемножителя подаю опору (1,1,-1,-1) , а на другой вход входной синус (4 отсчёта на период). Рекомендую сначала просчитать параметры для обеспечения нужного разрешения(ну или модельку в матлабе сделать).

[st232bd]

.да, это я глупость сморозил, извиняюсь перед участниками дискуссии.

Разность фаз сохраняется не при делении а при гетеродинировании, с данной поправкой идея вполне реальна. Самый интересный вопрос - нужна точность 100 пС или разрешение. В первом случае вам нужно проанализировать пути обоих сигналов, задержки и их дрейфы. Я бы еще это устройство из измерителя интервалов в фазометр переименовал, а потом погуглил. Наверняка что-то типа логический элемент-фильтр-АЦП нагуглится.

[dvladim]

Можно попробовать с помощью PLL в ПЛИС:
PLL цепляете от первого входа, выход PLL сравниваете со вторым.
Суть в том, что при динамической перестройке фазы в PLL шаг = 1/8 Fvco т.е. около 60-120 пс.
Считая количество шагов при формировании выходного клока PLL вы знаете сдвиг фаз между первым входом и выходом PLL.
И так до тех пор пока выход PLL будет совпадать со вторым входных сигналом.