[發明專利]一種用于高時間分辨率時間數字轉換器的特殊加法器

有效

• 申請號: 202110635568.0
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113376999B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 來新泉;崔婷;劉明明;王子宸
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G04F10/00
• 分類號: G04F10/00;G06F7/50
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 侯瓊

本發明專利提出了一種用于具有大動態測量范圍、高分辨性能的時間數字轉換器(TDC)的特殊加法器的設計方法以及電路實現，主要包括格雷碼與二進制碼轉換模塊(1)、自校準模塊(2)以及內部邏輯模塊(3)。本發明所提出的特殊加法器主要用于實現在時間數字轉換器中整數部分與分數部分計數值的加法合并，不僅能夠將TDC中環形振蕩器電路所產生的不同進制的周期整數部分數值和分數部分數值進行求和并轉換為標準二進制碼，而且在時序上還具有一定的糾錯能力，能夠確保TDC在整個時間測量到數值轉換上的正確性。

技術領域

本發明要解決的技術問題是提供一種用于高時間分辨率時間數字轉換器(TDC)的特殊加法器的電路，涉及數字集成電路技術領域。

背景技術

時間數字轉換器作為一種時間域上的模擬量到數字量的轉換器件，其具有和模數轉換器(ADC)十分相似的特性。TDC是一種主要用來完成時間測量的器件，它具有較高的測量分辨率，并廣泛應用于需要將時間量轉換為數值量的各種應用領域。TDC在上述領域中的應用對其時間測量分辨率有著較高的要求，這促使了這一研究領域中的學者都在不斷追求實現更高時間測量分辨率的TDC電路架構，從而也使得TDC的電路結構發生了翻天覆地的變化，由原始簡單的延遲鏈型到近來提出的各種兩級轉換型(比如粗-細型TDC)，就目前而言TDC的時間測量分辨率已經能夠突破1ps，并正在向著更小的測量分辨率發展。

雖然近年來TDC的時間測量分辨率有了很大的提高，使得應用到TDC這一特性的相關系統設備的性能也得到了很大的改善，但這并沒有給那些相對測量分辨率更看重TDC動態測量范圍的系統設備帶來同樣的效益。這是因為隨著TDC測量時間分辨率的提高，其相應的動態測量范圍并沒有同樣得到提高，甚至往往是以犧牲動態測量范圍為代價來換取的。比如目前對于測量分辨率在1ps左右的TDC，其動態測量范圍往往只有十幾納秒甚至幾納秒，這對于應用于激光雷達測距的TDC來說是遠遠不夠的。

為了實現可應用于激光雷達測距的具有大測量動態范圍和較高時間測量分辨率的TDC，現在通常TDC中環形振蕩器(RO)所產生的周期整數倍計數值和分數倍計數值進行求和，并轉換為標準的二進制數值。然而由于整數部分與分數部分的計數結果代表的所采用的進制不同，兩個計數結果無法直接進行相加；并且由于器件時延的存在，在整數部分加一跳變與分數部分的清零并不是完全同步，使得測量數值存在嚴重偏差，從而影響時間測量的準確性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明設計實現了一種應用在大測量動態范圍和較高時間測量分辨率的TDC中，可以進行不同進制輸入數值間的相加并且同時具有糾錯功能的特殊加法器的電路方案。本發明用于高時間分辨率時間數字轉換器的特殊加法器的輸入包括時間數字轉換器中粗計數器16位格雷碼計數結果A，時間數字轉換器中細計數器譯碼器6位二進制碼計數結果C，計數時鐘的二分頻信號，輸出為24位代表測量時長的二進制數值RESULT；其特征在于該特殊加法器包括：格雷碼與二進制碼轉換模塊1，自校準模塊2和內部邏輯模塊3；

所述的格雷碼與二進制碼轉換模塊1用于將時間數字轉換器中粗計數器16位格雷碼計數結果A轉換為對應的二進制進行后續的運算；

所述的自校準模塊2根據粗計數器16位格雷碼計數結果A，譯碼器6位二進制碼C和計數時鐘的二分頻信號對16為格雷碼轉換對應的二進制碼的轉換結果B進行自校準，以確保在因電路時延所導致的非理想情況發生時仍能夠給出正確的結果，提高數據的準確性與可靠性；

所述的內部邏輯模塊3用于將16位經校準的二進制碼結果E進行處理，按照特定的邏輯進行轉換后再與譯碼器6位二進制碼C進行相加運算以解決最低有效位對應的是十進制數63，不能被二進制所表達的問題。