[發明專利]時間數字轉換器和時間間隔測量方法

有效

• 申請號: 201310349781.0
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號: CN103401557A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 劉蘇;楊麗瓊;蘇孟豪;李曉鈺
• 申請（專利權）人: 龍芯中科技術有限公司
• 主分類號: H03M1/50
• 分類號: H03M1/50;G04F10/04
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域

本發明涉及時間測量領域，具體而言，涉及一種時間數字轉換器和時間間隔測量方法。

背景技術

時間間隔測量在信息技術領域有著非常廣泛的應用，多種物理量都可以通過一定的方法轉換為時間量，而時間數字轉換器（Time?to?Digital?Converter，簡稱TDC)可以將時間量轉換為數字量，達到用計算機處理各種物理量的目的，可用在超聲波流量計、激光測距儀、超聲波密度儀等多種設備中。

時間數字轉換器的主要設計指標包括：時間測量精度和時間測量范圍。時間測量精度影響量化分辨率，時間測量范圍影響時間數字轉換器的應用范圍。差分鏈是一種常用的提高時間測量精度的方法，通過對不同時間延遲的兩個延遲單元做差分，可以得到小于單個門級延遲的測量精度。

相關技術中公開了一種使用環形差分鏈的時間數字轉換器，此種時間數字轉換器測量時需要在開機信號和結束信號進入的兩個階段分別記錄粗值計數、細值計數、圈內位置等信息，再通過一個復雜的算式得到測量結果，計算復雜且涉及多個參數。在一個純數字實現的時間數字轉換器中，這些參數是是必需但無法預知的，所以這種方案不便于測量絕對的時間間隔值。并且此種時間數字轉換器還需要外圍電路進行電壓調節，來保證時間數字轉換器正常工作，造成時間數字轉換器的更加復雜。

針對現有技術中時間數字轉換器比較復雜的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種時間數字轉換器和時間間隔測量方法，以解決現有技術中時間數字轉換器比較復雜的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種時間數字轉換器，包括：第一脈沖整形器，用于接收開始脈沖和結束脈沖，對開始脈沖進行轉換以輸出第一脈沖，對結束脈沖進行轉換以輸出第二脈沖，其中，第一脈沖和第二脈沖的脈沖寬度相等；環形差分鏈，用于記錄第一脈沖以及第二脈沖匹配時，第一脈沖以及第二脈沖在環形差分鏈中的環內位置，環形差分鏈具有第一延遲環和第二延遲環，第一延遲環用于傳輸第一脈沖，第二延遲環用于傳輸第二脈沖，其中，第一延遲環的延遲時間不同于第二延遲環的延遲時間；計數器，用于對第一脈沖在第一延遲環內的傳輸圈數計數，得到第一計數值，并對第二脈沖在第二延遲環內的傳輸圈數計數，得到第二計數值；寄存器，用于當第一脈沖以及第二脈沖匹配時，存儲第二計數值、第一計數值和第一脈沖以及第二脈沖匹配時在環形差分鏈中的環內位置，以計算開始脈沖和結束脈沖之間的時間間隔。

進一步地，時間數字轉換器還包括：使能單元，其輸入端與計數器連接，用于為環形差分鏈提供使能信號。

進一步地，第一延遲環具有編號為D₁至D_n的n個緩沖器，緩沖器D_i的輸出端與緩沖器D_i+1的輸入端相連接，緩沖器D_n的輸出端與緩沖器D₁的輸入端相連接，緩沖器D₁的輸入端還用于接收第一脈沖，第二延遲環具有編號為B₁至B_n的n個緩沖器，緩沖器B_i的輸出端與緩沖器B_i+1的輸入端相連接，緩沖器B_n的輸出端與緩沖器B₁的輸入端相連接，緩沖器B₁的輸入端還用于接收第二脈沖，i=1至n-1，n為2以上的自然數，環形差分鏈還包括：編號為A₁至A_n的n個第一邏輯單元，均用于對接收到的信號進行邏輯與運算，其中，第一邏輯單元A₁至第一邏輯單元A_n的第一輸入端均與使能單元的輸出端相連接，第一邏輯單元A_j的第二輸入端與緩沖器D_j的輸出端相連接，第一邏輯單元A_j的第三輸入端與緩沖器B_j的輸出端相連接，j=1至n；編號為RS₁至RS_n的n個觸發器，其中，觸發器RS_j的置位端與第一邏輯單元A_j的輸出端相連接，觸發器RS₁至觸發器RS_n的輸出端均與編碼器相連接，編碼器用于對環內位置進行編碼，得到編碼值后，將編碼值發送至寄存器。