游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展對(duì)時(shí)間精密量化要求的不斷提高,基于時(shí)鐘滴答的傳統(tǒng)量化技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足人們的需求。與此同時(shí),伴隨微電子技術(shù)的成熟和對(duì)抽頭延遲線理論的深入研究,促使了時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)的出現(xiàn)。TDC由于能夠達(dá)到皮秒量級(jí)的分辨率,不僅被廣泛應(yīng)用于高能物理、空間科學(xué)、航空航天等高科技領(lǐng)域,還為模擬 IC領(lǐng)域中高速低功耗 ADC、高性能頻率綜合器等的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了全新的思路。因而,對(duì)于高精度TDC的研究有著重要意義。
　　論文在深入分析了

2、不同結(jié)構(gòu)的TDC的性能基礎(chǔ)上，采用環(huán)形游標(biāo)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款 TDC。環(huán)形游標(biāo) TDC因其轉(zhuǎn)換精度高、動(dòng)態(tài)范圍大而備受研究者青睞。論文首先介紹了環(huán)形游標(biāo)TDC的工作原理,并建立了系統(tǒng)級(jí)Verilog-A模型。根據(jù)模型仿真結(jié)果及對(duì)系統(tǒng)非理想因素校正分析之后,設(shè)計(jì)了包括雙DLL自校正電路在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)。在輸入端采用預(yù)處理邏輯單元,解決了時(shí)間間隔信號(hào)沿的識(shí)別和導(dǎo)向問(wèn)題,避免了信號(hào)的錯(cuò)誤追趕;設(shè)計(jì)了全對(duì)稱、自復(fù)位的雙沿時(shí)間比較器,實(shí)現(xiàn)了對(duì)周期

3、信號(hào)追趕的鑒別;加入微相位差檢測(cè)電路和冗余設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),解決了輸入端信號(hào)的偽一致和計(jì)數(shù)器錯(cuò)誤現(xiàn)象;采用濾除偽“01”寄存器塊和“001”檢測(cè)邏輯,解決了溫度計(jì)碼的異步效應(yīng)和“氣泡”效應(yīng);設(shè)計(jì)了基于雙DLL結(jié)構(gòu)的校正電路,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)測(cè)量過(guò)程中對(duì)延遲單元延時(shí)的校正。
　　采用SMIC0.35μm CMOS混合工藝對(duì)各個(gè)模塊及整體電路進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明該TDC有效分辨率在13.5ps,動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)190ns,達(dá)到設(shè)計(jì)要求,完成了預(yù)期目