[發明專利]一種兩級時間數字轉換器

在審

• 申請號: 201210343107.7
• 申請日: 2012-09-16
• 公開（公告）號: CN103684467A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 李巍;紀偉偉
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03M1/50
• 分類號: H03M1/50
• 代理公司: 上海元一成知識產權代理事務所(普通合伙) 31268
• 代理人: 吳桂琴

技術領域

本發明屬于微電子及時間測量領域，具體涉及到一種兩級時間數字轉換器，該轉換器的電路可以應用于高頻寬頻帶的全數字鎖相環。

背景技術

隨著工藝縮減的進步，時間數字轉換器(Time?to?Digital?Converter,TDC)可以實現越來越高的分辨率?，F有技術公開了：時間數字轉換器TDC是鎖相環（PLL,Phase?Lock?Loop）數字化的關鍵。通常，數字PLL（DPLL,Digital?PLL）包括計數器輔助的全數字鎖相環（ADPLL，All?Digital?PLL）和分頻器輔助的DPLL，后者因為高頻限制和分頻器設計的復雜性阻礙了全數字的實現。

研究報道，應用在計數器輔助的ADPLL中的TDC，是要測量DCO輸出的高頻信號與參考信號之間的間隔，同時要實現對高頻信號的周期歸一化，從而獲得小數分頻比，以輸入到后面的電路。

一般的時間數字轉換器TDC主要包括兩部分，量化電路和對應的譯碼電路；其中，量化電路實現從時間到數字的轉換，譯碼電路實現對應的從溫度計碼到二級制碼制的轉換，量化電路是TDC性能的關鍵。

目前，應用在高頻寬頻帶ADPLL的兩級TDC，其難點一方面在于高頻寬頻帶信號作為一輸入端，導致時間量化的復雜性，另一方面是高頻信號周期的測量。此外，兩級TDC中因為兩級量化單元分辨率的差異，需要做分辨率的比值，從而實現最后分辨率統一的量化。本發明針對現有技術存在的缺陷，擬提供一種兩級時間數字轉換器應用于高頻寬頻帶的全數字鎖相環。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺陷，提供提供一種兩級時間數字轉換器（TDC），尤其是一種可以直接應用于高頻寬頻帶全數字鎖相環（ADPLL）中的兩級時間數字轉換器及其設計方法，該時間轉換器有較高的分辨率和線性度。

本發明的兩級時間數字轉換器采用半定制與全定制的結合，包括：第一級量化結構，采用緩沖器延時鏈來作粗量化；其中的時間偏差選擇電路，由選擇信號發生器，延時鏈和多路選擇器組成；第二級量化結構，采用以緩沖器為基本單元的Vernier延時鏈來作細量化，另外包括第一級緩沖器鏈的復制鏈同時復用Vernier延時鏈來做分辨率比值的測量；其中的譯碼電路，對應于量化方案實現從偽溫度計碼到二進制碼的轉換；其中，選擇信號發生器和譯碼電路采用Verilog半定制實現，其余為全定制實現。本發明的兩級時間數字轉換器應用于高頻寬頻帶ADPLL中，能實現高分辨率高線性度的時間數字轉換。

本發明中，TDC采用兩級結構粗量化與細量化結合，從而實現較高分辨率與線性度；采用兩輸入信號直接進入量化級的方式，避免在輸入端引入時間偏差；另外采用半定制的方式對量化結果進行分析譯碼，從而適應寬頻帶的需求。

具體而言，本發明兩級時間數字轉換器，其特征在于，包括半定制與全定制結合的兩級結構，其結構包括量化電路部分和譯碼電路部分；其輸入為低頻參考信號FREF和高頻信號HCLK，該轉換器中，選擇信號發生器和譯碼電路采用Verilog半定制實現，其余為全定制實現。

本發明中，高頻信號HCLK通常為DCO的輸出或二分頻信號，其結構包括：第一級量化結構為緩沖器延時鏈，HCLK經過延時鏈，FREF為觸發時鐘，實現粗量化及HCLK半周期的測量；

本發明中，時間偏差選擇電路，包括選擇信號發生器、延時模塊及選通模塊，用于選擇第一級量化后HCLK延時組與FREF之間最小的時間偏差，其中選擇信號發生器是采用Verilog半定制的方式分析第一級的量化結果；

本發明中，第二級量化結構為Vernier延時鏈，實現細量化，同時有緩沖器鏈的復制鏈復用Vernier鏈實現兩級分辨率比值的測量，另有兩個2:1MUX來選擇選通的時間偏差還是復制鏈延時差進入第二級；

本發明中，譯碼電路，完全用Verilog半定制實現，與量化方案吻合，同時實現分辨率的歸一化和對HCLK周期的歸一化。

更具體的，本發明的TDC結構中，

量化部分第一級是基于緩沖器的低分辨率延時鏈，HCLK信號經過延時鏈，FREF為觸發時鐘，第一級HCLK的延時信號組D<1:15>要進入后面時間偏差選擇電路中；為滿足高頻率寬頻帶的要求，第一級鏈路長度由最低頻率的周期決定；

時間偏差選擇器的功能為得到進入第二級的最小偏差輸入，其輸入為第一級輸出的D<1:15>和FREF；包括選擇信號發生器，用Verilog代碼半定制實現，延時鏈，保證選擇信號先于數據信號到達后面的選通器；選通器，實現實際的時間偏差選通功能；