[發(fā)明專利]時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780079897.3
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN110226133B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 克里斯蒂安·莫特娜;弗里德里希·巴恩米勒;弗里德里希·倫高爾;羅伯特·卡佩爾
• 申請（專利權(quán)）人: AMS有限公司
• 主分類號: G04F10/00
• 分類號: G04F10/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 謝攀;劉繼富

一種時間數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置具有帶有多個反向元件(I)的環(huán)形振蕩器(RO)以及耦合至所述環(huán)形振蕩器的第一和第二計數(shù)器(CT0,CT1)。所述第一計數(shù)器被配置為在反向元件之一處出現(xiàn)正向邊沿變換的情況下遞增第一計數(shù)器數(shù)值(C0)。所述第二計數(shù)器被配置為在該反向元件之一處出現(xiàn)負向邊沿變換的情況下遞增第二計數(shù)器數(shù)值(C1)。存儲元件(STO0)存儲所述第一和第二計數(shù)器數(shù)值以及所述多個反向元件的邏輯狀態(tài)。耦合至所述存儲元件(STO0)的解碼器(DEC0)基于所存儲邏輯狀態(tài)的估計而選擇所述第一和第二計數(shù)器數(shù)值之一作為有效值，并且基于所述有效值和所存儲邏輯狀態(tài)輸出總計數(shù)器數(shù)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容涉及時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及時間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法。

背景技術(shù)

時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)是用于測量時間間隔并且將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出的設(shè)備。其允許以高分辨率對非常短的時間進行測量。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器所存在的問題在于所測量的物理效果的異步屬性。必須收集每個測量值以進行進一步處理。

例如，在飛行時間相機中使用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器來測量發(fā)射的光信號(如激光脈沖)傳播到反射物體并返回到相機所需的時間。主要缺點是到場景中的所有物體的平均距離僅被檢測為單個數(shù)字。

實現(xiàn)TDC的眾所周知的技術(shù)使用環(huán)形振蕩器和通過該環(huán)形振蕩器驅(qū)動的計數(shù)器，特別地，該計數(shù)器被通過該環(huán)形振蕩器的時鐘邊沿驅(qū)動。這種設(shè)計的缺陷在于，等到該計數(shù)器在輸出上被更新的時候，所述邊沿已經(jīng)過去，從而對于該計數(shù)器的計數(shù)器數(shù)值而言存在固有的不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

本公開內(nèi)容為時間數(shù)字轉(zhuǎn)換提供一種改進的時序概念，其提供更高的準(zhǔn)確性。

改進的時序概念所基于的思想在于，使用具有多個反相元件的環(huán)形振蕩器作為精測計數(shù)器，并且由反相元件之一所觸發(fā)的兩個計數(shù)器則被用作粗測計數(shù)器。特別地，這兩個粗測計數(shù)器利用反相元件的不同時鐘邊沿來觸發(fā)，使得一個計數(shù)器對正向邊沿進行計數(shù)而另一個計數(shù)器則對負向邊沿計數(shù)。為了確定對應(yīng)事件的總計數(shù)器數(shù)值，在事件發(fā)生時，基于對該環(huán)形振蕩器的反相元件處的邏輯狀態(tài)的估計來選擇兩個粗測計數(shù)器中的一個。通過解碼器進行選擇，該解碼器可以例如通過狀態(tài)和/或值的中間存儲來訪問反相元件的狀態(tài)和兩個粗測計數(shù)器的計數(shù)器值。因此，能夠使用具有正確且穩(wěn)定的計數(shù)器數(shù)值的計數(shù)器來確定總計數(shù)器數(shù)值，而沒有任何不確定性。因此，所選擇的計數(shù)器值獨立于計數(shù)器輸入處的邊緣的出現(xiàn)和相關(guān)計數(shù)器值的實際更新之間的任何時間。

根據(jù)該改進的時序概念的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置的一個實施例包括環(huán)形振蕩器、第一計數(shù)器和第二計數(shù)器、存儲元件和解碼器。該環(huán)形振蕩器配備有多個反相元件，其中每個反相元件提供一個邏輯狀態(tài)。第一計數(shù)器和第二計數(shù)器耦合至環(huán)形振蕩器。該第一計數(shù)器被配置為如果在反相元件中的一個反相元件處存在正邊沿轉(zhuǎn)變，則遞增第一計數(shù)器值。類似地，該第二計數(shù)器被配置為如果在反轉(zhuǎn)元件中的所述一個反相元件處存在負邊沿轉(zhuǎn)變，則遞增第二計數(shù)器值。該存儲元件被配置為存儲該第一計數(shù)器數(shù)值、第二計數(shù)器數(shù)值以及該多個反相元件的邏輯狀態(tài)。例如，該存儲元件內(nèi)的存儲過程由相應(yīng)的觸發(fā)信號所觸發(fā)。

解碼器耦合至存儲元件，并且被配置為基于所存儲邏輯狀態(tài)的估計來選擇該第一和第二計數(shù)器數(shù)值之一作為有效值。此外，解碼器被配置為基于該有效值和所存儲的邏輯狀態(tài)來輸出總計數(shù)器數(shù)值。例如，可以從表示粗測計數(shù)器的有效值以及邏輯狀態(tài)的數(shù)字表示來計算總計數(shù)器數(shù)值。

例如，解碼器基于對所存儲邏輯狀態(tài)的組合的估計來選擇有效值。為此，例如對于反相元件的邏輯狀態(tài)的每種可能組合，作出對第一和第二計數(shù)器數(shù)值之一的具體選擇。這種決策可以用組合邏輯和/或查詢表來實現(xiàn)，該組合邏輯和/或查詢表存儲了每個可能組合的決策。

除此之外或作為替換，解碼器可以基于對所存儲的邏輯狀態(tài)的組合內(nèi)傳播邊沿的位置的確定來選擇有效值。因此，根據(jù)所確定的傳播邊沿的位置，能夠決定哪個計數(shù)器數(shù)值已經(jīng)安全地采用其數(shù)值。