Precyzyjny licznik czasu i częstotliwości z interfejsem PCI

Opisujemy budowę, działanie i wyniki pomiarów testowych precyzyjnego licznika czasu i częstotliwości, zrealizowanego w postaci karty komputerowej z interfejsem PCI. Pomiar odcinka czasu jest realizowany przy użyciu interpolacyjnej metody Nutta i specjalistycznego układu scalonego, wykonanego w technologii CMOS FPGA oraz zawierającego dwa interpolatory czasu. Licznik umożliwia pomiary odcinka czasu z rozdzielczością 200 ps i typowej niepewności pomiarowej ok. 150 ps, oraz pomiary częstotliwości metodą odwrotnościową do 3,5 GHz. Wbudowane są procedury specjalistyczne do kalibracji licznika, korekcji zegara, pomiaru różnicy częstotliwości i dewiacji Allana. Dzięki zastosowaniu szybkiej pamięci buforowej FIFO uzyskano dużą szybkość pomiarów, sięgającą 1.66⋅10⁶ pomiarów na sekundę przy transmisji danych do pamięci FIFO.

We describe the design, operation and test results of a precise time and frequency counter, built as a computer board with PCI interface. The time interval is measured with the use of the Nutt interpolation method implemented in a CMOS FPGA device containing two proprietary time interpolators. The time interval can be measured with a 200 ps resolution and the measurement uncertainty typically of about 150 ps. The frequency can be measured up to 3.5 GHz using the reciprocal method. Special routines have been built-in for counter calibration, clock correction, measurement of frequency difference, and Allan deviation. Thanks to the use of a fast FIFO memory, a high measurement rate has been achieved, reaching 1.66⋅10⁶ measurements per second when transferring data to FIFO memory.