[發(fā)明專利]校準(zhǔn)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的方法及時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780084662.3
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN110235065B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 克里斯蒂安·莫特娜;克里·格洛弗;弗里德里希·巴恩米勒
• 申請（專利權(quán)）人: 希奧檢測有限公司
• 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

本發(fā)明實施例提供了一種時間?數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有至少一個時間?數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該時間?數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括：振蕩器(RO、RO1、RO2)，尤其是環(huán)形振蕩器；計數(shù)器，由振蕩器驅(qū)動；評估塊，連接至計數(shù)器并且被配置為確定與開始信號和停止信號相關(guān)的時間差；以及直方圖塊(HIST、HIST1、HIST2)，具有多個區(qū)間，用于記錄與時間差相關(guān)的條目。該系統(tǒng)能夠通過利用測量時鐘信號(MCLK)來操作或準(zhǔn)備操作時間?數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)被校準(zhǔn)，該測量時鐘信號(MCLK)定義測量間隔(TM)，提供校準(zhǔn)時鐘信號(CCLK)，其頻率以預(yù)定比率高于測量時鐘信號(MCLK)，將校準(zhǔn)時鐘信號(CCLK)的選定時鐘沿(ph0)用作開始信號(STRT)，并且將校準(zhǔn)時鐘信號(CCLK)的后續(xù)時鐘沿(ph1、ph2)用作停止信號(STP1、STP2)。評估塊根據(jù)被用作開始信號(STRT)和停止信號(STP1、STP2)的校準(zhǔn)時鐘信號的相應(yīng)時鐘沿(ph0、ph1、ph2)，確定校準(zhǔn)時間差。根據(jù)預(yù)定比率和校準(zhǔn)時間差，確定與計數(shù)器的計數(shù)器步長相關(guān)聯(lián)的時間測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的校準(zhǔn)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及使用振蕩器的時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。

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將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出的裝置。它允許以高分辨率測量非常短的時間。

例如，TDC可以被用在飛行時間照相機(jī)中，以測量發(fā)射的光信號，如激光脈沖，行進(jìn)至反射物體并且返回照相機(jī)所需的時間。

實現(xiàn)TDC的現(xiàn)有技術(shù)使用振蕩器(尤其是環(huán)形振蕩器)以及由該振蕩器驅(qū)動的計數(shù)器，例如，由通過環(huán)形振蕩器的時鐘沿驅(qū)動。這樣的TDC可以將相應(yīng)的開始和停止脈沖之間的時間差轉(zhuǎn)換為整數(shù)值。這些值隨后被用作直方圖存儲器中的區(qū)間(bin)的地址。這種設(shè)計的缺點是，區(qū)間地址的物理表示，例如時間差或空間距離，取決于振蕩器的速度或頻率，這些速度或頻率可能事先不知道，甚至可能在不同條件下發(fā)生變化。

在傳統(tǒng)的方法中，通過測量參考距離來確定區(qū)間地址和物理表示之間的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

要實現(xiàn)的目標(biāo)是提供改進(jìn)的時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換校準(zhǔn)概念來提供更高的精度。

例如，時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括一個或多個振蕩器(尤其是環(huán)形振蕩器)、與每個振蕩器關(guān)聯(lián)并由每個振蕩器驅(qū)動的計數(shù)器、連接到每個計數(shù)器并且配置為確定與開始信號和停止信號相關(guān)聯(lián)的時間差的評估塊，以及具有多個用于記錄與時間差相關(guān)的條目的區(qū)間的直方圖塊。通過定義測量間隔的測量時鐘信號來操作此類時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。例如，測量時鐘信號驅(qū)動輻射發(fā)射裝置，例如VCSEL二極管，使得能夠記錄對發(fā)出的輻射(例如光脈沖)的響應(yīng)或反射。測量間隔通常被選擇以匹配一個或多個TDC的測量范圍。

改進(jìn)的校準(zhǔn)概念基于這樣一個想法，即被提供給TDC系統(tǒng)的校準(zhǔn)時鐘信號的頻率(特別地，以預(yù)定比率)高于測量時鐘信號的頻率。

由于校準(zhǔn)時鐘信號的較高的頻率，校準(zhǔn)時鐘信號的至少兩個時鐘沿落在測量時鐘信號定義的測量間隔內(nèi)并因此在TDC的測量范圍內(nèi)。校準(zhǔn)時鐘信號的該至少兩個時鐘沿能夠被用來以相應(yīng)的開始和停止信號來驅(qū)動評估塊，從而產(chǎn)生計數(shù)器差，即與明確定義的校準(zhǔn)時鐘信號的時鐘沿相關(guān)的直方圖區(qū)間地址。因此，能夠確定與計數(shù)器的計數(shù)器步長相關(guān)的時間測量，從而得到直方圖條目的校準(zhǔn)值。

如果校準(zhǔn)時鐘信號的頻率或比率被選擇使得至少三個時鐘沿落在一個測量間隔內(nèi)，也可以對校準(zhǔn)時鐘信號的相應(yīng)時鐘沿對執(zhí)行兩個不同的測量，并且由此以差分方式評估結(jié)果，從而消除例如與測量相關(guān)的偏移效應(yīng)。