Conversor digital para o tempo do tipo Vernier implementado em FPGA
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
Título alternativo
Vernier digital-to-time converter implemented in FPGA
Primeiro orientador
Membros da banca
Luciana Pedrosa Salles
Hilton de Oliveira Mota
Hilton de Oliveira Mota
Resumo
Neste trabalho, é apresentado um Conversor Digital para Tempo (DTC) baseado em uma plataforma FPGA de baixo custo, utilizando a arquitetura Vernier com osciladores. Um DTC é um circuito que converte informações digitais em um sinal de tempo altamente preciso. O DTC Vernier proposto foi implementado em um chip FPGA Altera Cyclone III e possui resolução ajustável por meio das relações entre os períodos de dois sinais periódicos. A linearidade do sistema foi medida para uma resolução de 990 ps, com valores de Não Linearidade Diferencial variando entre -0,41 e +0,54 LSB, e de Não Linearidade Integral entre -0,82 e +0,17 LSB. O sistema possui um Faixa de tempo total de 99 ns e um consumo de energia estimado em 89 mW. Além disso, as medições demonstraram que o sistema atinge uma resolução máxima estimada em 12,5 ps, utilizando apenas 2% dos recursos do FPGA. Adicionalmente, a síntese lógica e física do circuito proposto foi realizada utilizando uma tecnologia CMOS comercial de 350 nm, com um consumo de potência estimado em 1,75 mW e uma área de silício de 237 µm x 190 µm.
Abstract
This work presents a Digital-to-Time Converter (DTC) based on a low-cost FPGA platform, employing the Vernier with oscillators architecture. A DTC is a circuit that converts digital information into a very accurate time output. This work is implemented on an Altera Cyclone III FPGA chip and features tunable resolution through the period ratio between two PLL-generated signals. The linearity of the system was measured for a resolution of 990 ps, showing DNL and INL values of -0.41 to +0.54 LSB and -0.82 to +0.17 LSB, respectively. The proposed Vernier DTC has a range of 99 ns and an estimated power consumption of 89 mW. Furthermore, measurements demonstrate that the system achieves a maximum resolution of 12.5 ps, utilizing only 2% of the FPGA resources. Additionally, the logical and physical synthesis of the proposed design was carried out using a commercial 350 nm CMOS technology, and the estimated power consumption and silicon area are 1.75 mW, and 237 µm x 190 µm, respectively.
Assunto
Engenharia elétrica, Processamento de sinais, Conversores digitais
Palavras-chave
conversor digital para o tempo, DTC baseado em plataforma FPGA, princípio Vernier para DTC, circuitos em modo de tempo
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