[發明專利]基于并行至串行結構的單脈沖時域放大器

無效

• 申請號: 201310288068.X
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103368580A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 王小松;張海英
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: H03M9/00
• 分類號: H03M9/00;H03G3/20
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發明涉及一種用于時間-數字轉換器（TDC）的時域放大器（time?amplifier），尤其是一種基于并行至串行結構的單脈沖時域放大器。

背景技術

模擬、混合信號電路的數字化趨勢（如：全數字鎖相環ADPLL和時域模數轉換器ADC）使得時域至數字域轉換器（TDC）變得越來越重要。在ADPLL中，TDC和數字環路濾波器（DLF）已經取代了傳統的模擬電路（電荷泵和環路濾波器）；在時域模數轉換器ADC中，電壓至時域轉換器（V2T）和TDC則取代了電壓域比較器。

由于這些電路大部分基于數字技術實現，所以隨著CMOS工藝技術的進步，它們的性能能夠得以提高。然而，由于缺少高精度、高速率的TDC，這些電路的性能沒有像預期那樣得到很大提高。因此，提高TDC的精度和速度成為當今學術界和工業界的熱點之一。

目前，為了獲得高精度、高速率TDC，其普遍的解決方法是采用時域放大器。類似于電壓域放大器能將小的電壓差放大為大的電壓差，時域放大器能將小的時間差放大為大的時間差。所以，時域放大器可以用來改善TDC的精度和轉換率，就像電壓域放大器在高精度ADC中的應用一樣。

為此，有研究者提出了不同類型的時域放大器。在文獻[Time?difference?amplifier]和[A?9b,?1.25ps?resolution?coarse-fine?time-to-digital?converter?in?90nm?CMOS?that?amplifies?a?time?residue]中，時域放大器通過采用輸入時變延遲的SR鎖存器來實現。如圖2所示，SR鎖存器工作于亞穩態區，但是其缺點是：①這種時域放大器的增益不可預測且不精確；②由于其亞穩態特性，所以需要校正；③輸入線性范圍非常小，增益不可變。

文獻[A?1.25ps?resolution?8b?cyclic?TDC?in?0.13μm?CMOS]提出了一種不同的亞穩態時域放大器，如圖3所示。雖然該電路也采用類似于圖2所示的交叉耦合結構，但是其增益相對易于控制，因為其增益通過設置兩條放電路徑間的不同放電量來決定，增益大約為2，由于是交差耦合結構，該電路仍然存在增益不精確性和輸入線性范圍不足的問題，所以也需要校正。

文獻[A?128-channel,9ps?column-parallel?two-stage?TDC?based?on?time?difference?amplification?for?time-resolved?imaging]提出了另外一種時域放大器，如圖4所示，其有別于前面兩種時域放大器，通過采用交叉耦合延遲單元鏈及它們傳輸時間的不同，來獲得時間的放大。但是這種結構也存在著非線性增益和需要DLL來校正的問題，同時，增益不可變。

為了在寬的輸入范圍內獲得線性、精確和可變的增益，文獻[A?7bit,3.75ps?resolution?two-step?time-to-digital?converter?in?65nm?CMOS?using?pulse-train?time?amplifier]提出了一種脈沖序列時域放大器，如圖5所示。這種結構的基本思想是將N個相同脈沖（脈沖寬度為Tin）構成的序列等價于一個寬的脈沖，這個寬脈沖的脈沖寬度為N×Tin。脈沖序列與寬脈沖具有相同的總脈沖寬度，因此通過這一概念，可實現Tin脈沖寬度放大為N×Tin的脈沖寬度。但是，這種時域放大器結構為了避免脈沖序列中脈沖間的重疊，其需要足夠長的延遲時間，因此這會導致TDC轉換速率的降低。

鑒于以上背景，需要提出一種能夠滿足在寬的輸入范圍內可獲得線性、精確和可變的增益、且能提高其應用的TDC轉換速率的時域放大器結構。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種基于并行至串行結構的單脈沖時域放大器，該時域放大器在寬的的輸入范圍內可獲得線性、精確、可動態設定、可變的增益。

按照本發明提供的技術方案，所述基于并行至串行結構的單脈沖時域放大器，包括用于控制增益選擇開關通斷的數字增益控制單元；特征是：還包括n個并聯連接的增益選擇開關和并行脈沖至單脈沖轉換器，n為大于1的正整數；所述并行脈沖至單脈沖轉換器包括n個信號輸入端口和一個信號輸出端口，信號輸入端口分別與增益選擇開關一一對應連接。

所述并行脈沖至單脈沖轉換器將并行方式輸入的單個脈沖信號轉換為串行方式輸出的單個脈沖。