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

1、近幾十年來時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)都被用在飛行時間的測量系統(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TDC性能的需求。工藝的進步縮短了邏輯門的延時，使得延時鏈TDC被應(yīng)用到越來越多的系統(tǒng)中。但是片內(nèi)的失配限制了TDC的分辨率和線性度?；陂T控環(huán)形振蕩器（GRO）的過采樣TDC可以克服失配的難題，非常適合于寬動態(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，門控振蕩器會產(chǎn)生時間斜移誤差，時間斜移誤差會

2、增加GRO-TDC的帶內(nèi)積分噪聲，同時產(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間斜移整形技術(shù)的2-0級聯(lián)結(jié)構(gòu)的基于門控振蕩器的△Σ時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。提出的TDC包含一個環(huán)形數(shù)字時間轉(zhuǎn)換器和一個基于時域加法器的時間寄存器。數(shù)字時間轉(zhuǎn)換器通過與GRO-TDC共享量化器從而無需校準(zhǔn)并且降低了功耗。通過將GRO量化器的輸出分割為MSB和LSB兩部分，環(huán)形數(shù)字時間轉(zhuǎn)換器的精度要求被進一步降低。利用該時間斜移整形技術(shù)，GRO

3、的時間斜移誤差被一階整形，同時死區(qū)效應(yīng)被消除。與此同時，實現(xiàn)了量化噪聲的二階整形。該項技術(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)，我們可以通過提高電荷泵的電流和減小采樣電容來提高TDC的分辨率。因此不再存在延時鏈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)，較好的可擴展性，極低的功耗，以及較小的面積。該TDC由于較小的