深亞微米CMOS工藝下時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、近幾十年來(lái)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)都被用在飛行時(shí)間的測(cè)量系統(tǒng)中，最近幾年隨著全數(shù)字鎖相環(huán)研究的興起，不斷提高了對(duì)TDC性能的需求。工藝的進(jìn)步縮短了邏輯門的延時(shí)，使得延時(shí)鏈TDC被應(yīng)用到越來(lái)越多的系統(tǒng)中。但是片內(nèi)的失配限制了TDC的分辨率和線性度。基于門控環(huán)形振蕩器（GRO）的過(guò)采樣TDC可以克服失配的難題，非常適合于寬動(dòng)態(tài)范圍和高分辨率的應(yīng)用。但是，由于漏電流以及電荷分享這類非理想效應(yīng)的存在，門控振蕩器會(huì)產(chǎn)生時(shí)間斜移誤差，時(shí)間斜移誤差會(huì)

2、增加GRO-TDC的帶內(nèi)積分噪聲，同時(shí)產(chǎn)生死區(qū)效應(yīng)，降低了TDC的性能。
　　本文提出了一種利用時(shí)間斜移整形技術(shù)的2-0級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的基于門控振蕩器的△Σ時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。提出的TDC包含一個(gè)環(huán)形數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器和一個(gè)基于時(shí)域加法器的時(shí)間寄存器。數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器通過(guò)與GRO-TDC共享量化器從而無(wú)需校準(zhǔn)并且降低了功耗。通過(guò)將GRO量化器的輸出分割為MSB和LSB兩部分，環(huán)形數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器的精度要求被進(jìn)一步降低。利用該時(shí)間斜移整形技術(shù)，GRO

3、的時(shí)間斜移誤差被一階整形，同時(shí)死區(qū)效應(yīng)被消除。與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了量化噪聲的二階整形。該項(xiàng)技術(shù)易于在寬帶和低功耗方面得到應(yīng)用。
　　另一方面，我們提出了一種利用電荷泵和逐次逼近性模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR-ADC)的TDC。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，我們可以通過(guò)提高電荷泵的電流和減小采樣電容來(lái)提高TDC的分辨率。因此不再存在延時(shí)鏈TDC那樣的分辨率限制。我們利用SAR-ADC基于它緊湊的結(jié)構(gòu)，較好的可擴(kuò)展性，極低的功耗，以及較小的面積。該TDC由于較小的