[發明專利]一種可編程高精度高動態范圍的時間放大器

有效

• 申請號: 202110535029.X
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113162566B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 尹勇生;郭圍圍;龔號;龐高遠;孟煦
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種可編程高精度高動態范圍的時間放大器電路，包括：相位檢測電路、時間預處理電路、軌對軌電壓比較器、3?8譯碼器、電流偏置電路；其中相位檢測電路提取階躍輸入信號的時間間隔，生成脈沖信號DN；時間預處理電路根據脈沖信號DN控制電流源對電容充放電生成兩組斜坡信號；軌對軌電壓比較器根據輸入的兩組斜坡信號實現全電壓范圍的比較；3?8譯碼器為時間預處理電路的電容控制開關提供控制信號；電流偏置電路為時間預處理電路和軌對軌電壓比較器提供基準電流偏置。本發明能精準地放大輸入的時間間隔，同時滿足對高輸入范圍的時間間隔放大，并實現放大倍數可編程的功能，有效地提升流水線TDC的分辨率和量化輸入范圍。

技術領域

本發明屬于時間-數字轉換器集成電路設計領域，具體涉及一種流水線式高分辨率時間-數字轉換器中的時間放大器電路。

背景技術

隨著社會科技的需求增加，飛行測量(TOF)、雷達等領域迎來了高速發展，對時間測量有著更高的性能需求。時間數字轉換器(Time-To-Digital Converter，TDC)作為一種時間間隔的量化電路，可以將時間間隔信號轉換成二進制的數字信號。流水式TDC根據多級量化的特性，具有量化精度高、量化速度快的優勢。時間放大器作為流水線式TDC中最重要的模塊，其性能指標決定著流水線式TDC的分辨率和測量范圍。增加放大倍數的可編程功能使得所發明的時間放大器亦靈活地適用于兩步式TDC中，在原有的基礎上進一步地提升分辨能力。

傳統的基于受控放電原理的時間放大器雖然對于低輸入范圍內的時間間隔有著精準地放大，但對于高輸入范圍的時間間隔則不起放大作用，嚴重制約著兩步式TDC工作性能。傳統的基于SR-latch放大器雖然有著良好的高輸入范圍的時間間隔放大能力，但無法實現可編程，適用范圍有限。因此，受到時間放大器性能因素影響其應用往往有很大的局限性。

發明內容

本發明為克服現有技術存在的缺點，提出一種可編程高精度高動態范圍的時間放大器，以期能精準地放大輸入信號的時間間隔，同時實現輸入時間間隔的動態范圍大和放大倍數具有可編程性的特性，有效地提升流水線TDC的分辨率和量化輸入范圍，從而更適用于流水線TDC和兩步式TDC中。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明一種可編程高精度高動態范圍的時間放大器電路的特點在于，包括：相位檢測電路、時間預處理電路、軌對軌電壓比較器、3-8譯碼器、電流偏置電路；

所述相位檢測電路提取所輸入的START-STOP階躍信號的時間間隔，并產生脈沖寬度與時間間隔相對應的脈沖信號DN，從而對所輸入的START-STOP階躍信號進行整形，得到期望的脈沖信號DN；

所述時間預處理電路根據所述脈沖信號DN控制電流源開關導通或斷開以對電容充放電，使得兩條支路上的充電電流恒定且相等，并在兩條支路上產生兩組斜坡信號，再根據所述3-8譯碼器發送的邏輯控制信號調節其中一條支路上的充放電電容C₁-C₈大小，以改變相應支路上的一組斜坡信號的變化斜率，從而對兩條支路上電壓相等時所需的充電時間進行控制；

所述軌對軌電壓比較器在偏置信號Vp的作用下，對改變后的兩組斜坡信號進行全電壓范圍比較，得到的比較輸出信號即為時間放大器的放大結果；

所述3-8譯碼器對3位二進制的輸入信號進行譯碼并生成8位溫度碼Y₁-Y₈，從而為所述時間預處理電路的電容控制開關K₁-K₈提供邏輯控制信號；

所述電流偏置電路對所輸入的基準電壓轉換成基準電流，并分別為所述時間預處理電路和所述軌對軌電壓比較器提供恒定的偏置信號Vb和Vp。

本發明所述的可編程高精度高動態范圍的時間放大器電路的特點也在于：