[發明專利]一種延遲內插型時間數字轉換器

有效

• 申請號: 201610137924.5
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105763196B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 封常青;楊迪;劉樹彬;安琪;曹喆
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H03M1/50
• 分類號: H03M1/50
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

本申請公開的延遲內插型時間數字轉換器，細時間測量部分將若干延遲單元首尾依次連接構成環形延遲鏈對時鐘信號內插，在時鐘信號觸發時刻，計數器和觸發器組分別記錄窄脈沖信號在環形延遲鏈中循環的次數和循環位置，然后把次數和循環位置信息存入寄存單元，進而得到細時間的測量結果。與開環延遲結構使用大量的延遲單元去覆蓋一個工作時鐘周期的傳統方法相比，延遲單元首尾相連構成環形延遲鏈的結構，僅需要較少的延遲單元，就可以實現細時間的測量，而且無需編碼，極大地減少了資源的占用量和功耗，同時實現無死時間測量。

技術領域

本申請涉及時間間隔測量技術領域，更具體地說，涉及一種延遲內插型時間數字轉換器。

背景技術

時間數字轉換器(Time-to-Digital Converter,TDC)是一種將時間間隔轉換為數字量輸出的器件。TDC作為一項關鍵技術，不僅廣泛應用于高能物理實驗、空間探測儀器、激光雷達探測、衛星導航、科學計量等高精尖科研、國防領域，同時也廣泛應用于生活生產，如醫學PET成像、環境質量檢測、藥物成分分析、無損探傷以及工業上速度、密度測量等方面。

當前的時間數字轉換器在高精度時間測量應用中，主要采用“粗”計數+“細”時間測量型的TDC，采用“粗”計數+“細”時間測量組合的方法，通過“粗”計數進行粗時間測量，通過內插技術進行細時間測量。但是，目前采用延遲鏈內插方法實現細時間測量的高精度時間數字轉換器都使用開環延遲結構，開環延遲結構使用多個延遲單元去覆蓋一個工作時鐘周期,當工作時鐘周期較長時，需要更多的延遲單元，而且還須對延遲單元進行編碼，因此，開環延遲結構占用的資源較多，死時間大，功耗高。

發明內容

有鑒于此，本申請提供一種延遲內插型時間數字轉換器，能夠實現在不同工作鐘周期下，實現占用的資源較少，無死時間和功耗低的目的。

為了實現上述目的，現提出的方案如下：

一種延遲內插型時間數字轉換器，包括：輸入信號處理單元、環形延遲 鏈、計數器、觸發器組、寄存單元和控制單元，其中，

所述輸入信號處理單元，用于根據輸入信號生成第一清空信號、窄脈沖信號和控制信號，并分別將所述第一清空信號和窄脈沖信號發送至所述環形延遲鏈，以及將所述控制信號發送至控制單元；

所述環形延遲鏈包括n個延遲單元，所述延遲單元包括第一數據輸入端、第二數據輸入端和輸出端，各個延遲單元的第一數據輸入端和輸出端依此連接，第一延遲單元的第二數據輸入端用于接收所述窄脈沖信號，非第一延遲單元的第二數據輸入端用于接收所述第一清空信號，在接收到所述第一清空信號時，清空所述環形延遲鏈中的循環信號，對接收的所述窄脈沖信號進行循環延遲；

所述計數器與所述環形延遲鏈中的第n延遲單元的輸出端連接，用于記錄所述窄脈沖信號在所述環形延遲鏈中循環的次數；

所述觸發器組，由與所述延遲單元相同數量的觸發器組成，并且所述觸發器與所述延遲單元的輸出端一一對應連接，用于記錄所述窄脈沖信號在所述環形延遲鏈中的循環位置；

所述控制單元，用于接收所述控制信號，并在接收所述控制信號后發送寄存指令至寄存單元；

所述寄存單元，用于接收所述控制單元的寄存指令，并在所述控制信號發出后的第一個時鐘信號上升沿時刻，對所述計數器和所述觸發器組的記錄結果進行寄存。

優選的，所述延遲單元為：與門和或門的組合、二選一數據選擇器或加法器等類似單元。

優選的，還包括：

循環控制單元，所述循環控制單元分別連接所述計數器和非第一延遲單元的第二數據輸入端，當所述計數器的記錄次數大于預設閾值時，生成第二清空信號，并將所述第二清空信號發送至所述環形延遲鏈，所述環形延遲鏈，在接收到所述第二清空信號時，清空所述環形延遲鏈中的循環信號。