應(yīng)用于紅外傳感讀出電路中的多段式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì).pdf

1、時(shí)間測(cè)量在科學(xué)研究中有著舉足輕重的地位。時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器作為一種專用化的時(shí)間測(cè)量電路，以其高精度的時(shí)間測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)在近幾十年來(lái)得到了科學(xué)界越來(lái)越多的關(guān)注，并成為了十分熱門(mén)的研究對(duì)象。近年來(lái)，隨著紅外測(cè)距成像系統(tǒng)的深入研究，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器被廣泛應(yīng)用于該系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊紅外傳感讀出電路中。
　　為了滿足紅外傳感讀出電路的應(yīng)用需求，本文提出了一種多段式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，通過(guò)三種不同結(jié)構(gòu)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路分段配合，在較低的轉(zhuǎn)換位數(shù)和面積消耗下，滿

2、足了兼顧時(shí)間分辨率與測(cè)量范圍的雙重需求。同時(shí)，通過(guò)DLL壓控延遲單元的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定了延遲單元的延遲時(shí)間與環(huán)振頻率。除此之外，為了提高時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)可靠性，深入研究了與D觸發(fā)器建立保持時(shí)間相關(guān)的理論，通過(guò)對(duì)已有兩種D觸發(fā)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了電路的建立保持時(shí)間，提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。本文設(shè)計(jì)的多段式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可兼顧時(shí)間分辨率與測(cè)量范圍的共同需求，并有效降低了像素面積，提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性，能夠滿足單像素結(jié)構(gòu)與陣

3、列型結(jié)構(gòu)ROIC紅傳感讀出電路時(shí)間高精度檢測(cè)的應(yīng)用要求。
　　本設(shè)計(jì)中采用CSMC0.5μm COMS工藝，通過(guò)Cadence EDA工具驗(yàn)證，完成了整個(gè)電路版圖設(shè)計(jì)、前仿與后仿。后仿結(jié)果表明:在5V電源電壓下，多段式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測(cè)量結(jié)果通過(guò)13位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)，其分辨率達(dá)到500ps，測(cè)量范圍為1μs左右。實(shí)際芯片測(cè)試結(jié)果表明，測(cè)量范圍超過(guò)0.8μs，最大絕對(duì)誤差約為30ns，最大相對(duì)誤差約為2ns，論文對(duì)影響TDC性能的主要