事件计时器用于将事件发生的时间信息转换为数字量,其核心技术是时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC),事件计时器广泛应用于航空航天、量子通信实验、激光雷达测距等领域。事件计时器的精度与这些领域的技术水平密切相关,某些应用场合需要多通道事件计时器并行测量来提高效率。多通道大量程高精度事件计时器是通过同一设备同时测量多个通道事件发生的时刻信息,与单通道事件计时器相比能适应多通道计时需求,有效减小系统的体积和重量。针对多通道大量程高精度事件计时器需求对TDC的常用设计方法进行分析,采用粗细结合的方式实现多通道大量程高精度TDC设计。粗计数利用系统时钟直接计数获得,细计数由抽头延迟链设计。本文根据实验室现有的实验平台,使用Xilinx Aritex-7内部的专用进位链单元(CARRY4)构造延迟链,针对专用进位链固有的超前进位特性引起的“冒泡”现象,对抽头的序号进行了重新排序。为了提高编码效率,本文采用了折半查找法将温度计码转为二进制码。为了降低工艺、电压、温度对延迟链时延的影响,本文采用码密度测试对细计数进行校准,并采用片上环形震荡器来检测时延的变化以实时补偿温度对进位链时延的影响。本文设计的TDC有1路开始(start)测量通道和18路停止(stop)测量通道,量程为671 ms,死时间为30 ns。本文搭建系统级验证平台对TDC的性能进行评估,实验结果表明,19条延迟链之间的差异很小,单条延迟链的平均时延约为36.8 ps,微分非线性为4.7 LSB(Least Significant Bit),积分非线性为5.1 LSB。TDC系统在600ms的大量程测试时,精度优于5.933 ns;TDC系统在50 ms的大量程测试时,精度优于2.969 ns;TDC系统在180 ns测试时,精度为39.2 ps,单通道TDC精度27.7 ps。