高分辨率多通道时间数字转换器TDC

Venus 系列是 的流式时间数字转换器（Streaming Time-to-Digital Converter），基于 FPGA 全数字 TDC 架构，将高精度时间测量与多通道并行采集、实时数据流式传输深度整合为一体。该系列提供 32/24/16/8 通道配置，时间测量分辨率达 0.975 ps，单通道时间抖动（RMS）低至 ~3 ps（高分通道），支持时间戳、在线全局符合、能谱、波形及过阈脉宽（TOT）等多种测量模式。

Venus 系列采用边沿定时电路配合高精度 DAC 阈值电压设置，内置 4G DDR 数据缓存，支持 USB 3.0 / 1G 以太网 / 10G 以太网 / 40G QSFP 等高速数据接口，可实现高达 300 Mtags/s 的实时数据传输。通过内/外部时钟与同步信号，多支持 256 台设备组网（> 4000 测量通道）。配套上位机软件及 C/C++ / MATLAB / Python / LabVIEW API，广泛应用于核物理实验、量子光学、激光雷达（LiDAR）、正电子发射断层扫描（PET）和飞行时间质谱（TOF-MS）等高精度时间测量场景。

产品特点

超高时间分辨率 0.975 ps LSB：

基于 FPGA 进位链 TDC 架构，小测量刻度 0.975 ps，在线非线性校正后差分非线性（DNL）–1 ~ 10 LSB（高分通道），积分非线性（INL）< ±20 LSB。

多通道并行采集：Venus 32/24 提供 32/24 TDC 通道 + 16 ADC 通道；Venus lite 提供 16/8 TDC + 8/4 ADC 通道。所有通道独立触发、并行采集，测量死时间 < 4 ns（可配置至 < 2 ns）。

多模式测量：支持时间戳模式、在线全局符合（多通道间符合计数）、能谱模式（ADC 幅度分析）、波形模式（多次采样重建脉冲形状）及过阈脉宽测量（TOT），双沿时间戳同步记录。

高精度模拟前端：内置边沿定时电路 + 高精度 DAC 可设阈值（范围 –1 ~ +1 V，分辨率 0.6 mV），支持正/负脉冲输入（0 ~ +2 V / –2 ~ 0 V），迟滞电压 1/30/40/70 mV 多档可调。

高速流式数据传输：内置 4G DDR 数据缓存，支持 USB 3.0 / 1G 以太网 / 10G 以太网数据接口，可定制 40 Gbps QSFP 协议接口，数据带宽高达 300 Mtags/s。

大规模组网能力：内/外部时钟和同步输入，支持多达 256 台设备菊花链组网，总计超过 4000 个测量通道同步工作。

丰富软件生态：配套数据采集上位机软件与数据处理软件包，开放 C/C++ / MATLAB / Python / LabVIEW API。支持在线计数强度/时间差直方图/衰变时间/能谱分析/频率分析等实时分析功能。

灵活供电与散热：Venus 32/24 支持 220V 交流 / 12V 直流双模供电，4 风扇风冷（4300 RPM）；Venus lite-T 采用被动散热，紧凑静音设计。

通道延迟精密校准：内置通道延迟补偿，可设范围 0 ~ 1,000,000 ns，分辨率 0.975 ps。Start-Stop 统计模式支持亚皮秒级系统误差校正。

技术参数

TDC 时间测量参数

模拟前端与输入参数

数据接口与系统参数

典型应用

核物理与高能物理实验：多通道时间符合测量、粒子飞行时间（TOF）谱学、核衰变寿命测量。0.975 ps 分辨率配合 32 通道并行采集，满足大型探测器阵列（如 SiPM 阵列、闪烁体探测器）的精确时间标记需求。

量子光学与量子信息：单光子时间标记（Time-Tagging）、Hong-Ou-Mandel 干涉符合计数、纠缠光子对时间关联测量。~3 ps RMS 高分通道满足超低时间抖动的量子光学实验要求。

激光雷达（LiDAR）：脉冲飞行时间（dTOF）测距的时间数字化。高时间分辨率直接转化为亚毫米级距离分辨率，多通道支持线阵/面阵探测器并行读出，300 Mtags/s 带宽支撑高帧率实时成像。

正电子发射断层扫描（PET）：符合探测飞行时间差测量（TOF-PET），~3 ps 时间分辨率对应 ~0.9 mm FWHM 符合时间分辨率，显著提升图像信噪比与空间分辨率。

飞行时间质谱（TOF-MS）：离子飞行时间的超高精度数字化。双沿时间戳 + TOT 测量可同步获取飞行时间与信号幅度，提升质量分辨率和动态范围。

单分子荧光寿命成像（FLIM）：时间相关单光子计数（TCSPC）模式下的荧光衰减时间测量。在线直方图与衰变时间分析功能支持实时 FLIM 数据处理。

精密时间同步与授时：多设备菊花链组网（> 4000 通道）配合外部时钟同步，适用于大规模分布式探测器系统的时间对准与授时。