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研究生: 温鈺柔
Yu-jou Wen
論文名稱: 游標卡尺法時間至數位轉換器及其在室內RFID系統中距離量測上的應用
The Veriner-Based TDC and its Application to Distance Measurement in the Indoor RFID System
指導教授: 姚嘉瑜
Chia-yu Yao
口試委員: 彭盛裕
Sheng-yu Peng
陳筱青
Hsiao-chin Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 90
中文關鍵詞: 時間至數位轉換器(TDC)游標卡尺法TDC軟注入鎖定環形振盪器室內RFID定位系統
外文關鍵詞: Time-to-digital converter (TDC), Vernier-based TDC, Soft-injection-locked ring oscillator, RFID indoor localization system
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  • 時間至數位轉換器為時間量測系統中相當重要的部分,在各式時間至數位轉換器中,以游標卡尺法能提供較高的量測解析度最具未來性。然而,傳統以游標卡尺法做為基礎的時間至數位轉換器,其使用之振盪器通常需經繁雜的校準程序,因此使用上相當麻煩。有鑑於此,本論文提出一新型軟注入鎖定環形振盪器做為時間至數位轉換器的時脈來源,當振盪器在觸發訊號出現時能快速起振且穩定在預期頻率下。此外,本論文時間至數位轉換器主要應用於室內RFID定位系統,目前於RFID定位技術中最常使用訊號功率強弱來估算物品距離的遠近,但若系統中能有估測訊號傳遞時間的時間至數位轉換器,並藉由兩種方式的相輔相成,則可使室內RFID定位更加準確。
    本論文的研究重點在於游標卡尺法時間至數位轉換器的晶片開發及其在RFID系統中距離量測上的應用。利用TSMC 0.18 μm CMOS製程驗證本論文時間至數位轉換器的電路架構。由實驗結果顯示,時間至數位轉換器的量測解析度可小於±1 LSB,符合系統規劃距離誤差落於±30 cm內之預定值。


    A time-to-digital converter (TDC) plays an important role in time interval measurement. Among various TDC structures, the vernier-based TDC is promising because it can possess highly accurate time resolution. However, the oscillators used in the conventional vernier-based TDC require complicated calibration procedure. This makes the TDC difficult in use. In this thesis, we purpose a new soft-injection-locked ring oscillator as the clock source for the vernier-based TDC. The proposed oscillator can oscillate immediately and accurately right after the trigger signal arrives. The proposed TDC will be applied in an RFID indoor localization system to measure the time of arrival in the future.
    The TDC structure that we proposed was verified by TSMC 0.18 μm CMOS process. Experimental results show that the equivalent resolution is less than ±1 LSB.

    中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機及目的 2 1.3 使用工具及模擬軟體 3 1.4 論文架構 3 第二章 時間至數位轉換器介紹 4 2.1 時間至數位轉換器簡介 4 2.2 各式時間至數位轉換器介紹 5 2.2.1 計數器法 5 2.2.2 脈衝寬度拓展法 6 2.2.3 脈衝縮減延遲法 8 2.2.4 以FPGA為主體的時間至數位轉換器 10 2.2.5 傳統游標卡尺法 12 2.2.6 改良式游標卡尺法 14 2.3 各類型時間至數位轉換器比較 16 第三章 時間至數位轉換器系統分析 17 3.1 本論文時間至數位轉換器架構 17 3.2 振盪器電路 22 3.2.1 注入鎖定 22 3.2.2 軟注入鎖定環形振盪器 24 3.3 相位比較器 26 3.4 同步計數器 29 第四章 RFID 系統 31 4.1 RFID系統於空間定位的應用 31 4.2 RFID系統規格 33 4.2.1 頻段的選擇 33 4.2.2 調變的方式 34 4.2.3 編碼的方式 35 4.3 RFID系統架構 36 4.4 FPGA板的應用 38 4.4.1 PIE編碼器 39 4.4.2 FM0解碼器及比對電路 42 4.5 訊號傳遞時間分析及修正 46 4.5.1 訊號於傳送端的延遲時間分析 47 4.5.2 訊號於接收端的延遲時間分析 48 4.5.3 延遲時間討論 48 第五章 量測結果 51 5.1 晶片佈局及量測環境介紹 51 5.2 量測結果 54 5.2.1 頻率振盪器 54 5.2.2 誤差範圍討論 61 5.2.3 時間至數位轉換器 62 第六章 結論與未來展望 77 6.1 結論 77 6.2 未來展望 78 參考文獻 79

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    無法下載圖示 全文公開日期 2018/01/28 (校內網路)
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