一種三段式高精度寬量程時間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路設計.pdf

1、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換(Time-to-Digital Converter,TDC)電路用于時間測量，將兩個異步信號所定義的持續(xù)時間間隔轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。TDC電路常用于實現(xiàn)一定動態(tài)范圍內(nèi)的精密時間測量，在光子或粒子飛行時間檢測、脈沖信號持續(xù)時間檢測等各類系統(tǒng)中獲得了廣泛應用，有力支撐了紅外傳感檢測、溫度檢測技術(shù)的發(fā)展。
　　單模式TDC電路只有一種時間量化基本單位，無法兼顧高精度與寬量程的共同需求。因此，為了突破測量精度提高與量程范圍擴展

2、的相互制約關(guān)系，TDC必須依靠大小不同的量化單位TDC之間的配合，構(gòu)成多段式TDC，有效提高時間檢測的動態(tài)范圍，提升檢測精度。本文提出的三段式TDC是在經(jīng)典兩段式TDC基礎上改進得到:高段LFSR計數(shù)式TDC保持不變，實現(xiàn)所需的寬量程檢測;同時將延遲式TDC的控制電壓改進為DLL控制提供，提高中段TDC的性能水平，并在此基礎上進一步引入游標細分辨TDC，突破數(shù)字門電路最小延遲下限，實現(xiàn)高精度量化。與其他三段式TDC結(jié)構(gòu)相比，本設計在精度

3、上突破門延遲限制基礎上，高段位實現(xiàn)了寬動態(tài)范圍的量程擴展，實現(xiàn)了兼顧精度和寬量程的共同需求。除此以外，本設計基于Dual-DLL架構(gòu)，產(chǎn)生的壓控電壓穩(wěn)定性明顯優(yōu)于開環(huán)補充結(jié)構(gòu)，在抑制環(huán)振頻率的相位噪聲或時鐘抖動方面具有明顯優(yōu)勢。
　　本論文設計的高精度與寬量程三段式TDC電路，在維持原有量程不變的條件下，其時間檢測分辨率突破了工藝決定的門延遲時間限制。本設計采用TSMC0.35μm標準工藝，通過Cadence EDA工具驗證，完成