本發(fā)明涉及一種在時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器內(nèi)應(yīng)用的時(shí)間寄存器。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于將輸入信號(hào)與狀態(tài)信號(hào)之間的時(shí)間差傳播為電壓電平的時(shí)間寄存器。

背景技術(shù)：

一般來(lái)說(shuō)，時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(time-to-digitalconverter，tdc)是用于識(shí)別事件并提供所述事件出現(xiàn)的時(shí)間的數(shù)字表示的裝置。時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，或也被稱為時(shí)間數(shù)字化器，通常用于測(cè)量時(shí)間間隔并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出。tdc用于應(yīng)確定兩個(gè)信號(hào)脈沖之間的時(shí)間間隔的許多不同應(yīng)用中。當(dāng)信號(hào)脈沖的上升沿或下降沿越過(guò)預(yù)定義閾值時(shí)，開(kāi)始和停止測(cè)量。

目前存在許多不同類(lèi)型的tdc。游標(biāo)tdc使用兩個(gè)延時(shí)線，具有t1和t2的相應(yīng)逆變器延時(shí)。通過(guò)延時(shí)差t1-t2(假定t1>t2)給出有效時(shí)間分辨率。由于通過(guò)極小延時(shí)差確定時(shí)間分辨率，因此需要非常大量的逆變器級(jí)以覆蓋大檢測(cè)范圍，這引起延時(shí)不匹配并同時(shí)增加功耗。利用例如逆變器的上升時(shí)間和下降時(shí)間之間的差的脈沖收縮tdc嚴(yán)重受工藝-電壓-溫度(process-voltage-temperature，pvt)變化的影響。時(shí)間放大tdc以與兩步a/d轉(zhuǎn)換器相同的方式放大來(lái)自粗tdc的時(shí)間殘余，其接著在精細(xì)tdc中解析，具有相同的隨之而來(lái)的線性問(wèn)題(關(guān)鍵取決于pvt變化)。無(wú)源相位內(nèi)插tdc使用無(wú)源裝置來(lái)獲得子選通延時(shí)，但是其精確度受到內(nèi)插電阻器之間的輸出節(jié)點(diǎn)上的寄生電容限制。選通環(huán)形振蕩器tdc(gated-ringoscillatortdc，grotdc)具有噪聲整形特性。量化噪聲在如一階δσ調(diào)制器中的頻率中整形，即，其大部分朝向較高頻率推送。由于grotdc在高頻率中操作，即，在幾千兆hz中操作，因此功耗非常高，并且一階噪聲整形會(huì)限制其帶寬。

需要改進(jìn)時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精確性。具體地說(shuō)，需要將時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(time-to-digitalconverter，tdc)分辨率改進(jìn)為約1ps，其是比給定加工技術(shù)中的逆變器延時(shí)的延時(shí)提供的數(shù)量級(jí)更好的數(shù)量級(jí)。此類(lèi)tdc分辨率極其具有挑戰(zhàn)性，但是如今在低功率移動(dòng)應(yīng)用中，例如在基于全數(shù)字pll(all-digitalpll，adpll)的蜂窩式電話中很需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于改進(jìn)時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精確性的概念，具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)相較于現(xiàn)有方案的數(shù)量級(jí)改進(jìn)時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率。

此目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征得以實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的實(shí)施形式通過(guò)從屬權(quán)利要求、說(shuō)明書(shū)和附圖清楚可見(jiàn)。

本發(fā)明中所描述的基本概念是介紹在時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器內(nèi)應(yīng)用的時(shí)間寄存器或時(shí)域寄存加法器/減法器。時(shí)域寄存加法器/減法器用于實(shí)現(xiàn)時(shí)域中的加法、減法和寄存器功能?；谄涞恼`差反饋tdc實(shí)現(xiàn)一階噪聲整形。此tdc接著被復(fù)制以將噪聲整形階數(shù)增加到三階，其由時(shí)間交錯(cuò)時(shí)域加法器/減法器寄存器、量化器和數(shù)字-時(shí)間轉(zhuǎn)換器(digital-to-timeconverter，dtc)構(gòu)成。通過(guò)所有以上所述，實(shí)現(xiàn)時(shí)域噪聲整形特性。

為了詳細(xì)描述本發(fā)明，將使用以下術(shù)語(yǔ)、縮寫(xiě)以及符號(hào)：

tdc：時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器

dtc：數(shù)字-時(shí)間轉(zhuǎn)換器

pll：鎖相回路

adpll：全數(shù)字pll

pvt：工藝-電壓-溫度

gro：選通環(huán)形振蕩器

adc：模數(shù)轉(zhuǎn)換器

dac：數(shù)模轉(zhuǎn)換器

在下文中，描述使用三態(tài)逆變器或三態(tài)邏輯電路的裝置和方法。三態(tài)邏輯電路，也被稱作三狀態(tài)或3-狀態(tài)邏輯電路，是允許輸出端口采用除0和1邏輯電平以外的高阻抗?fàn)顟B(tài)從而有效地從電路移除輸出的電子電路。這允許多個(gè)電路共享相同的輸出線。三狀態(tài)輸出實(shí)施于許多寄存器、總線驅(qū)動(dòng)器、觸發(fā)器和集成電路中。三態(tài)邏輯電路可以通過(guò)被稱為oe(輸出使能)的低有效輸入控制，所述oe指定輸出是應(yīng)保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)還是驅(qū)動(dòng)其相應(yīng)負(fù)載(至0-電平或1-電平)。三態(tài)邏輯電路可以通過(guò)三態(tài)逆變器實(shí)施。三態(tài)逆變器用作一種開(kāi)關(guān)。其可以包含輸入端子、輸出端子和控制端子。當(dāng)控制端子處的控制信號(hào)c高時(shí)，輸出y為逆向輸入信號(hào)x。否則的話，當(dāng)c低時(shí)，輸出斷開(kāi)，即，所謂的高z狀態(tài)，其將第三狀態(tài)z添加到1和0。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種時(shí)間寄存器，其包括：耦合到一對(duì)輸入時(shí)鐘的一對(duì)輸入；用于產(chǎn)生一對(duì)電平信號(hào)的一對(duì)三態(tài)逆變器；以及耦合到電平信號(hào)用于產(chǎn)生一對(duì)輸出時(shí)鐘的一對(duì)輸出，其中三態(tài)逆變器響應(yīng)于一對(duì)狀態(tài)信號(hào)和所述對(duì)輸入，用于保持電平信號(hào)或使電平信號(hào)放電。

當(dāng)在時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(time-to-digitalconverter，tdc)內(nèi)應(yīng)用此類(lèi)時(shí)間寄存器時(shí)，時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精確性可以得到明顯改進(jìn)，具體來(lái)說(shuō)，改進(jìn)為約1-2ps，也就是說(shuō)，通過(guò)相較于現(xiàn)有方案的數(shù)量級(jí)得到改進(jìn)。

在根據(jù)第一方面的時(shí)間寄存器的第一可能實(shí)施形式中，三態(tài)逆變器響應(yīng)于狀態(tài)信號(hào)和輸入，用于將相應(yīng)輸入與相應(yīng)狀態(tài)信號(hào)之間的一對(duì)時(shí)間差的時(shí)間差傳播為電平信號(hào)之間的電壓差。

通過(guò)利用三態(tài)逆變器用于處理狀態(tài)信號(hào)和輸入，時(shí)間差可以被精確地傳播為電壓差。

在根據(jù)第一方面的第一實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第二可能實(shí)施形式中，電平信號(hào)之間的電壓差與所述對(duì)時(shí)間差的時(shí)間差成正比。

此類(lèi)時(shí)間寄存器提供時(shí)間差成比例地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷翰畹膬?yōu)點(diǎn)，因此改進(jìn)時(shí)間寄存器的精確性以及因此應(yīng)用此類(lèi)時(shí)間寄存器的tdc的精確性。

在根據(jù)照此第一方面或根據(jù)第一方面的任一前述實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第三可能實(shí)施形式中，時(shí)間寄存器包括用于電容式負(fù)載三態(tài)逆變器的一對(duì)電容。

此類(lèi)電容可以易于并且有效地在硬件中實(shí)施，例如，在芯片上的集成電路中實(shí)施。

在根據(jù)照此第一方面或根據(jù)第一方面的任一前述實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第四可能實(shí)施形式中，時(shí)間寄存器包括連接到三態(tài)逆變器的逆變器或緩沖器。

通過(guò)將逆變器或緩沖器連接到三態(tài)逆變器，三態(tài)逆變器的結(jié)果可以得到有效地緩沖，并且三態(tài)逆變器準(zhǔn)備好下一處理步驟。

在根據(jù)照此第一方面或根據(jù)第一方面的任一前述實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第五可能實(shí)施形式中，時(shí)間寄存器包括用于在輸入低時(shí)對(duì)電平信號(hào)預(yù)充電的充電源。

通過(guò)使用此類(lèi)充電源，可以在輸入信號(hào)低時(shí)容易地產(chǎn)生電平信號(hào)。

在根據(jù)照此第一方面或根據(jù)第一方面的任一前述實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第六可能實(shí)施形式中，時(shí)間寄存器包括用于在輸入高且狀態(tài)信號(hào)低時(shí)保持電平信號(hào)的邏輯電路。

此類(lèi)邏輯電路可以易于實(shí)施。

在根據(jù)第一方面的第六實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第七可能實(shí)施形式中，邏輯電路用于在輸入信號(hào)高且狀態(tài)信號(hào)高時(shí)使電平信號(hào)放電。

通過(guò)使用所述邏輯電路，可以驅(qū)動(dòng)電平信號(hào)的不同信號(hào)狀態(tài)。

在根據(jù)第一方面的第六或第七實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第八可能實(shí)施形式中，邏輯電路用于響應(yīng)于保持信號(hào)和喚醒信號(hào)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。

通過(guò)使用此類(lèi)邏輯電路，保持信號(hào)和喚醒信號(hào)可以控制時(shí)間寄存器的狀態(tài)，即，可以易于控制時(shí)間寄存器。

在根據(jù)第一方面的第八實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第九可能實(shí)施形式中，邏輯電路進(jìn)一步用于響應(yīng)于預(yù)設(shè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，使得在預(yù)設(shè)信號(hào)高時(shí)狀態(tài)信號(hào)高。

通過(guò)使用此類(lèi)邏輯電路，預(yù)設(shè)信號(hào)可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，因此提供時(shí)間寄存器的簡(jiǎn)單實(shí)施方案。

在根據(jù)第一方面的第九實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第十可能實(shí)施形式中，邏輯電路用于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，使得狀態(tài)信號(hào)在保持信號(hào)或喚醒信號(hào)的上升沿上切換。

通過(guò)使用此類(lèi)邏輯電路，時(shí)間寄存器相對(duì)于上升信號(hào)沿敏感，因此產(chǎn)生時(shí)間寄存器的改進(jìn)的精確性。

在根據(jù)第一方面的第八到第十實(shí)施形式中的任一實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第十一可能實(shí)施形式中，喚醒信號(hào)是取樣時(shí)鐘，且保持信號(hào)是量化誤差信號(hào)。

當(dāng)喚醒信號(hào)是取樣時(shí)鐘且保持信號(hào)是量化誤差信號(hào)時(shí)，時(shí)間寄存器的保持信號(hào)可以應(yīng)用于tdc的反饋路徑中，而喚醒信號(hào)可以用來(lái)對(duì)tdc計(jì)時(shí)，因此提供高精度tdc。

在根據(jù)第一方面的第十一實(shí)施形式的時(shí)間寄存器的第十二可能實(shí)施形式中，在取樣時(shí)鐘上產(chǎn)生所述對(duì)輸出中的每一個(gè)，輸出取決于相應(yīng)輸入時(shí)鐘與量化誤差信號(hào)之間的時(shí)間差。

此類(lèi)時(shí)間寄存器具有輸出能夠精確地表示輸入時(shí)鐘與量化誤差信號(hào)之間的時(shí)間差的優(yōu)點(diǎn)，因此，時(shí)間寄存器可以用作時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的高精確度延時(shí)單元。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種包括第一電路和第二電路的時(shí)間寄存器，所述電路中的每一個(gè)包括：耦合在電容式負(fù)載的第一節(jié)點(diǎn)與輸出節(jié)點(diǎn)之間的三態(tài)逆變器，所述三態(tài)逆變器包括：耦合在電池電壓與第一節(jié)點(diǎn)之間的pmos晶體管；以及串聯(lián)耦合在第一節(jié)點(diǎn)與參考電壓之間的第一nmos晶體管和第二nmos晶體管，其中pmos晶體管的控制端子和第一nmos晶體管的控制端子通過(guò)輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)，第二nmos晶體管的控制端子通過(guò)狀態(tài)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，并且其中三態(tài)逆變器用于將輸入信號(hào)與狀態(tài)信號(hào)之間的時(shí)間差傳播為第一節(jié)點(diǎn)處的電壓電平。

當(dāng)在時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(time-to-digitalconverter，tdc)內(nèi)應(yīng)用此類(lèi)時(shí)間寄存器時(shí)，時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精確性可以得到明顯改進(jìn)，具體來(lái)說(shuō)，改進(jìn)為約1-2ps，也就是說(shuō)，通過(guò)相較于現(xiàn)有方案的數(shù)量級(jí)得到改進(jìn)。

在根據(jù)第二方面的時(shí)間寄存器的第一可能實(shí)施形式中，第一電路和第二電路的三態(tài)逆變器響應(yīng)于狀態(tài)信號(hào)和輸入信號(hào)，用于將第一電路的時(shí)間差和第二電路的時(shí)間差的差傳播為第一電路和第二電路的第一節(jié)點(diǎn)處的電壓電平的差。

在tdc中使用此類(lèi)時(shí)間寄存器具有可以改進(jìn)時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器精確性的優(yōu)點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，可以獲得約1-2ps的時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器分辨率。

根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種用于時(shí)間緩沖的方法，所述方法包括：接收一對(duì)輸入時(shí)鐘；通過(guò)一對(duì)三態(tài)逆變器產(chǎn)生一對(duì)電平信號(hào)；基于所述對(duì)電平信號(hào)產(chǎn)生一對(duì)輸出時(shí)鐘；以及響應(yīng)于一對(duì)狀態(tài)信號(hào)和所述對(duì)輸入時(shí)鐘保持電平信號(hào)或使電平信號(hào)放電。

當(dāng)在時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換內(nèi)應(yīng)用此類(lèi)時(shí)間緩沖時(shí)，時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換的精確性可以得到明顯改進(jìn)，具體來(lái)說(shuō)，改進(jìn)為約1-2ps，也就是說(shuō)，通過(guò)相較于現(xiàn)有方案的數(shù)量級(jí)得到改進(jìn)。

在根據(jù)第三方面的方法的第一可能實(shí)施形式中，響應(yīng)于狀態(tài)信號(hào)和輸入時(shí)鐘產(chǎn)生所述對(duì)電平信號(hào)，用于將相應(yīng)輸入時(shí)鐘與相應(yīng)狀態(tài)信號(hào)之間的一對(duì)時(shí)間差的時(shí)間差傳播為電平信號(hào)之間的電壓差。

通過(guò)利用此類(lèi)響應(yīng)于狀態(tài)信號(hào)和輸入時(shí)鐘產(chǎn)生電平信號(hào)，時(shí)間差可以被精確地傳播為電壓差。

在根據(jù)第一方面的第三實(shí)施形式的方法的第二可能實(shí)施形式中，電平信號(hào)之間的電壓差與所述對(duì)時(shí)間差的時(shí)間差成正比。

此類(lèi)時(shí)間緩沖提供時(shí)間差成比例地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷翰畹膬?yōu)點(diǎn)，因此改進(jìn)時(shí)間緩沖的精確性以及因此應(yīng)用此類(lèi)時(shí)間緩沖的時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換的精確性。

在根據(jù)照此第三方面或根據(jù)第三方面的任一前述實(shí)施形式的方法的第三可能實(shí)施形式中，時(shí)間緩沖包括電容式負(fù)載一對(duì)三態(tài)逆變器。

此類(lèi)電容式負(fù)載可以易于并且有效地在硬件中實(shí)施，例如，通過(guò)使用芯片上的集成電路實(shí)施。

在根據(jù)照此第三方面或根據(jù)第三方面的任一前述實(shí)施形式的方法的第四可能實(shí)施形式中，時(shí)間緩沖包括逆變或緩沖三態(tài)逆變器的輸出。

通過(guò)逆變或緩沖三態(tài)逆變器的輸出，三態(tài)逆變器的結(jié)果可以得到有效地緩沖，并且三態(tài)逆變器準(zhǔn)備好下一處理步驟。

在根據(jù)照此第三方面或根據(jù)第三方面的任一前述實(shí)施形式的方法的第五可能實(shí)施形式中，時(shí)間緩沖包括在輸入低時(shí)對(duì)電平信號(hào)預(yù)充電。

通過(guò)使用此類(lèi)預(yù)充電，可以在輸入信號(hào)低時(shí)容易地產(chǎn)生電平信號(hào)。

在根據(jù)照此第三方面或根據(jù)第三方面的任一前述實(shí)施形式的方法的第六可能實(shí)施形式中，時(shí)間緩沖包括在輸入高且狀態(tài)信號(hào)低時(shí)保持電平信號(hào)。

此類(lèi)邏輯可以易于實(shí)施。

在根據(jù)第三方面的第六實(shí)施形式的方法的第七可能實(shí)施形式中，所述方法包括在輸入信號(hào)高且狀態(tài)信號(hào)高時(shí)使電平信號(hào)放電。

通過(guò)使用此類(lèi)放電，可以驅(qū)動(dòng)電平信號(hào)的不同信號(hào)狀態(tài)。

在根據(jù)第三方面的第六或第七實(shí)施形式的方法的第八可能實(shí)施形式中，所述方法包括響應(yīng)于保持信號(hào)和喚醒信號(hào)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。

通過(guò)使用此類(lèi)驅(qū)動(dòng)保持信號(hào)和喚醒信號(hào)可以控制時(shí)間緩沖的狀態(tài)，即，可以易于控制時(shí)間緩沖。

在根據(jù)第三方面的第八實(shí)施形式的方法的第九可能實(shí)施形式中，所述方法進(jìn)一步包括響應(yīng)于預(yù)設(shè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，使得在預(yù)設(shè)信號(hào)高時(shí)狀態(tài)信號(hào)高。

通過(guò)使用此類(lèi)驅(qū)動(dòng)，預(yù)設(shè)信號(hào)可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，因此提供時(shí)間緩沖的簡(jiǎn)單實(shí)施方案。

在根據(jù)第三方面的第九實(shí)施形式的方法的第十可能實(shí)施形式中，所述方法包括驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，使得狀態(tài)信號(hào)在保持信號(hào)或喚醒信號(hào)的上升沿上切換。

通過(guò)使用此類(lèi)驅(qū)動(dòng)，時(shí)間緩沖相對(duì)于上升信號(hào)沿敏感，因此產(chǎn)生時(shí)間緩沖的改進(jìn)的精確性。

在根據(jù)第一方面的第八到第十實(shí)施形式中的任一實(shí)施形式的方法的第十一可能實(shí)施形式中，喚醒信號(hào)是取樣時(shí)鐘，且保持信號(hào)是量化誤差信號(hào)。

當(dāng)喚醒信號(hào)是取樣時(shí)鐘且保持信號(hào)是量化誤差信號(hào)時(shí)，時(shí)間寄存器的保持信號(hào)可以應(yīng)用于時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換的反饋路徑中，而喚醒信號(hào)可以用來(lái)對(duì)時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)時(shí)，因此提供高精度時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換。

在根據(jù)第三方面的第十一實(shí)施形式的方法的第十二可能實(shí)施形式中，在取樣時(shí)鐘上產(chǎn)生所述對(duì)輸出中的每一個(gè)，輸出時(shí)鐘取決于相應(yīng)輸入時(shí)鐘與量化誤差信號(hào)之間的時(shí)間差。

此類(lèi)時(shí)間緩沖具有輸出時(shí)鐘可以精確地表示輸入時(shí)鐘與量化誤差信號(hào)之間的時(shí)間差的優(yōu)點(diǎn)，因此，時(shí)間緩沖可以用作時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換中的高精確度延時(shí)。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的具體實(shí)施方式將結(jié)合以下附圖進(jìn)行描述，其中：

圖1示出了說(shuō)明根據(jù)實(shí)施形式的z域中的一般誤差反饋結(jié)構(gòu)100的框圖；

圖2示出了說(shuō)明根據(jù)實(shí)施形式的時(shí)域中的誤差反饋結(jié)構(gòu)200的框圖；

圖3示出了說(shuō)明根據(jù)實(shí)施形式的時(shí)間寄存器300的示意圖；

圖4示出了說(shuō)明在圖3中描繪的時(shí)間寄存器300中所使用的信號(hào)的波形的簡(jiǎn)化示意圖；以及

圖5示出了說(shuō)明根據(jù)實(shí)施形式的用于時(shí)間緩沖的方法500的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，所述附圖是描述的一部分，并通過(guò)圖解說(shuō)明的方式示出可以實(shí)施本發(fā)明的具體方面?？梢岳斫獾氖牵诓幻撾x本發(fā)明范圍的情況下，可以利用其他方面，并可以做出結(jié)構(gòu)上或邏輯上的改變。因此，以下詳細(xì)的描述并不當(dāng)作限定，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)界定。

應(yīng)理解，結(jié)合所描述的方法作出的評(píng)論對(duì)于用于執(zhí)行所述方法的對(duì)應(yīng)裝置或系統(tǒng)也可以同樣適用且反之亦然。例如，如果描述特定方法步驟，對(duì)應(yīng)裝置可以包含執(zhí)行所描述的方法步驟的單元，即使此類(lèi)單元未在圖中明確描述或說(shuō)明也是如此。此外，應(yīng)理解，除非以另外的方式具體指出，否則本文中描述的多種示例性方面的特征可以彼此組合。

圖1示出了說(shuō)明根據(jù)實(shí)施形式的z域中的一般誤差反饋結(jié)構(gòu)100的框圖。

誤差反饋結(jié)構(gòu)100包含第一加法器101、延時(shí)單元103、量化器105、數(shù)模轉(zhuǎn)換器109和第二加法器107。第一加法器101接收第一輸入102處的輸入信號(hào)(u)以及第一節(jié)點(diǎn)108處的量化誤差(e)，并且用于從輸入信號(hào)u中減去誤差信號(hào)e從而提供傳遞到延時(shí)單元103的第一加法器輸出信號(hào)104。延時(shí)單元103將第一加法器輸出信號(hào)104延時(shí)單位延時(shí)，從而提供傳遞到量化器105和第二加法器107的延時(shí)單元輸出信號(hào)106。量化器105用于在由控制信號(hào)114確定的步驟中量化延時(shí)單元輸出信號(hào)106，從而在誤差反饋結(jié)構(gòu)100的輸出110處提供數(shù)字輸出信號(hào)v。數(shù)字輸出信號(hào)v被傳遞到數(shù)模轉(zhuǎn)換器109，從而提供傳遞到第二加法器107的模擬輸出信號(hào)112。第二加法器107從模擬輸出信號(hào)112中減去延時(shí)單元輸出信號(hào)106，從而在第一節(jié)點(diǎn)118處提供量化誤差(e)。

誤差反饋結(jié)構(gòu)100可以在不使用積分器的情況下獲得噪聲整形特性，積分器在δσ調(diào)制器中是必不可少的組件。圖1中示出所述結(jié)構(gòu)的z域模型。此處，通過(guò)從dac109的輸出112中減去內(nèi)部量化器105的輸入106從而以模擬形式獲得量化誤差e。接著將e反饋回(第一節(jié)點(diǎn)108處的)輸入，并且輸入信號(hào)u與e之間的誤差經(jīng)過(guò)單位延時(shí)103，z^-1，所述單位延時(shí)的輸出106連接到量化器105。z域中的輸出信號(hào)110為：v＝z^-1u+(1-z^-1)e，其中，v是數(shù)字輸出且u是模擬輸入。

輸入信號(hào)u不僅限于電信號(hào)，而且還可以呈溫度、質(zhì)量和甚至?xí)r間的方式。因此，當(dāng)通過(guò)時(shí)間間隔呈現(xiàn)z域的模擬形式時(shí)可以實(shí)施時(shí)域誤差反饋結(jié)構(gòu)100，如下文關(guān)于圖2所描述。

圖2示出了說(shuō)明根據(jù)實(shí)施形式的在z域中具有時(shí)間交錯(cuò)寄存器的誤差反饋結(jié)構(gòu)200的框圖。時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器200包含用于接收時(shí)域輸入信號(hào)tin的輸入202；用于提供數(shù)字輸出信號(hào)dout的輸出206；耦合到輸入202并耦合到第一節(jié)點(diǎn)208的時(shí)間寄存器205；耦合到時(shí)間寄存器205用于在輸出206處提供數(shù)字輸出信號(hào)dout的時(shí)間量化器207；以及耦合到輸出206用于在第一節(jié)點(diǎn)208處提供反饋信號(hào)e的數(shù)字-時(shí)間轉(zhuǎn)換器209?？扇缦挛年P(guān)于圖3所描述的實(shí)施時(shí)間寄存器205。

數(shù)字輸出信號(hào)dout是時(shí)域輸入信號(hào)tin的過(guò)取樣表示。反饋信號(hào)e是量化誤差信號(hào)qerr。數(shù)字-時(shí)間轉(zhuǎn)換器209耦合到時(shí)間寄存器205，用于響應(yīng)于數(shù)字輸出信號(hào)dout延遲時(shí)間寄存器205的輸出信號(hào)204。時(shí)間寄存器205組合203時(shí)域輸入信號(hào)tin與反饋信號(hào)e以產(chǎn)生修改的時(shí)域輸入信號(hào)。在圖2中，組合203是減法。時(shí)間寄存器205將修改的時(shí)域輸入信號(hào)延時(shí)取樣時(shí)鐘的至少一個(gè)周期。時(shí)域輸入信號(hào)tin可以包含一對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)，所述一對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)可以包含第一數(shù)字時(shí)鐘和第二數(shù)字時(shí)鐘。時(shí)域輸入信號(hào)tin的值可以對(duì)應(yīng)于第一數(shù)字時(shí)鐘的過(guò)渡與第二數(shù)字時(shí)鐘的過(guò)渡之間的時(shí)間差。

誤差反饋結(jié)構(gòu)200對(duì)應(yīng)于上文關(guān)于圖1描述的誤差反饋結(jié)構(gòu)100。然而，單位延時(shí)z^-1103和執(zhí)行減法運(yùn)算的第一加法器101由與減法器203組合的時(shí)域寄存器205替代。上文關(guān)于圖1描述的誤差反饋結(jié)構(gòu)100的電壓量化器105或內(nèi)部adc由子tdc207替代，所述子tdc207的輸入是時(shí)間差204或時(shí)間間隔而不是電壓。類(lèi)似地，此處使用數(shù)字-時(shí)間轉(zhuǎn)換器(digital-to-timeconverter，dtc)209以將數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成時(shí)間間隔，所述時(shí)間間隔分別被反饋回輸入或第一節(jié)點(diǎn)208。

與減法器203組合的時(shí)域寄存器205可以實(shí)施為多個(gè)減法器-寄存器裝置201，其可以例如通過(guò)執(zhí)行流水線處理而并行地操作。此類(lèi)并行處理減輕時(shí)域寄存器205上的處理負(fù)擔(dān)。替代單個(gè)處理任務(wù)，可以通過(guò)多個(gè)減法器-寄存器裝置201在相同時(shí)刻執(zhí)行多個(gè)處理任務(wù)。

由于噪聲整形特性，量化噪聲被推到高頻率，因此使得tdc200的分辨率取決于裝置噪聲，例如閃爍/熱噪聲，而不是量化噪聲。因此，tdc200的分辨率得到了高度改進(jìn)并且與技術(shù)工藝無(wú)關(guān)。例如，在40nm的cmos工藝中，逆變器的最小延時(shí)為約10ps。

圖3示出了說(shuō)明根據(jù)實(shí)施形式的時(shí)間寄存器300的示意圖。時(shí)間寄存器300包含：耦合到一對(duì)輸入時(shí)鐘in1、in2的一對(duì)輸入345、346；用于產(chǎn)生一對(duì)電平信號(hào)vc1、vc2的一對(duì)三態(tài)逆變器301、302；以及耦合到電平信號(hào)vc1、vc2用于產(chǎn)生一對(duì)輸出時(shí)鐘out1、out2的一對(duì)輸出347、348。三態(tài)逆變器301、302響應(yīng)于一對(duì)狀態(tài)信號(hào)s1、s2和所述對(duì)輸入時(shí)鐘in1、in2，用于保持電平信號(hào)vc1、vc2或使電平信號(hào)vc1、vc2放電。使用第一電路300a以及為第一電路300a的復(fù)本的第二電路300b以提供所述信號(hào)對(duì)的相應(yīng)信號(hào)軌。替代三態(tài)逆變器301、302，可以使用執(zhí)行三態(tài)或三狀態(tài)邏輯的任何其它三態(tài)邏輯電路。

三態(tài)逆變器301、302響應(yīng)于狀態(tài)信號(hào)s1、s2和輸入時(shí)鐘in1、in2，用于將相應(yīng)輸入時(shí)鐘in1、in2與相應(yīng)狀態(tài)信號(hào)s1、s2之間的一對(duì)時(shí)間差t1、t2的時(shí)間差傳播為電平信號(hào)vc1、vc2之間的電壓差，如下文關(guān)于圖4所描述。

電平信號(hào)vc1、vc2之間的電壓差可以與所述對(duì)時(shí)間差t1、t2的時(shí)間差成正比。時(shí)間寄存器300進(jìn)一步包含用于電容式負(fù)載三態(tài)逆變器301、302的一對(duì)電容c1、c2。電容c1、c2可以包含耦合在第一節(jié)點(diǎn)303、304與接地gnd之間的寄生電容。時(shí)間寄存器300可以包含連接到三態(tài)逆變器301、302的逆變器311、312或緩沖器。時(shí)間寄存器300可以包含用于在輸入345、346低時(shí)對(duì)電平信號(hào)vc1、vc2預(yù)充電的充電源vdd。時(shí)間寄存器300可以包含用于在輸入345、346高且狀態(tài)信號(hào)s1、s2低時(shí)保持電平信號(hào)vc1、vc2的邏輯電路321、331。

圖3的邏輯電路包含觸發(fā)器321，例如，d觸發(fā)器，以及驅(qū)動(dòng)觸發(fā)器321的時(shí)鐘輸入的復(fù)用器331(圖3中針對(duì)第一電路300a所描繪，當(dāng)然，第二電路300b存在相同邏輯電路)。復(fù)用器331將端口343處的hold信號(hào)或端口344處的awake信號(hào)切換到觸發(fā)器321的時(shí)鐘輸入。復(fù)用器331通過(guò)觸發(fā)器321的d輸入控制，所述d輸入等于觸發(fā)器321的反相q輸出。觸發(fā)器321的同相q輸出產(chǎn)生第一狀態(tài)信號(hào)s1。第二狀態(tài)信號(hào)s2通過(guò)圖3中未描繪的第二電路300b的邏輯電路產(chǎn)生。

邏輯電路321、331用以在輸入345、346高且狀態(tài)信號(hào)s1、s2高時(shí)使電平信號(hào)vc1、vc2放電。邏輯電路321、331用以響應(yīng)于保持信號(hào)hold1、hold2和喚醒信號(hào)(awake)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)s1、s2。邏輯電路321、331用以響應(yīng)于預(yù)設(shè)信號(hào)(preset)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)s1、s2，使得在預(yù)設(shè)信號(hào)(preset)高時(shí)狀態(tài)信號(hào)s1、s2高。邏輯電路321、331用以驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)s1、s2，使得狀態(tài)信號(hào)s1、s2在保持信號(hào)(hold1、hold2)或喚醒信號(hào)(awake)的上升沿上切換。喚醒信號(hào)(awake)可以是取樣時(shí)鐘，并且保持信號(hào)hold1、hold2可以是量化誤差信號(hào)。

在取樣時(shí)鐘上產(chǎn)生所述對(duì)輸出347、348中的每一個(gè)。輸出時(shí)鐘out1、out2取決于相應(yīng)輸入時(shí)鐘in1、in2與量化誤差信號(hào)之間的時(shí)間差。

在圖3的示例性實(shí)施方案中，通過(guò)pmos和nmos晶體管實(shí)現(xiàn)三態(tài)逆變器301、302，如下文中所描述。此實(shí)施方案提供包含第一電路300a和第二電路300b的時(shí)間寄存器300，電路300a、300b中的每一個(gè)包含耦合在電容式負(fù)載的第一節(jié)點(diǎn)303、304與輸出節(jié)點(diǎn)347、348之間的三態(tài)逆變器301、302。三態(tài)逆變器301、302包含耦合在電池電壓vdd與第一節(jié)點(diǎn)303、304之間的pmos晶體管mp1；串聯(lián)耦合在第一節(jié)點(diǎn)303、304與參考電壓gnd之間的第一nmos晶體管mn1和第二nmos晶體管mn2。pmos晶體管mp1的控制端子和第一nmos晶體管mn1的控制端子通過(guò)輸入信號(hào)in1、in2驅(qū)動(dòng)，并且第二nmos晶體管mn2的控制端子通過(guò)狀態(tài)信號(hào)s1、s2驅(qū)動(dòng)。三態(tài)逆變器301、302將輸入信號(hào)in1、in2與狀態(tài)信號(hào)s1、s2之間的時(shí)間差t1、t2傳播為第一節(jié)點(diǎn)303、304處的電壓電平vc1、vc2，如下文關(guān)于圖4所描述。

第一電路300a和第二電路300b的三態(tài)逆變器301、302響應(yīng)于狀態(tài)信號(hào)s1、s2和輸入信號(hào)in1、in2，用于將第一電路300a的時(shí)間差t1和第二電路300b的時(shí)間差t2的差傳播為第一電路300a和第二電路300b的第一節(jié)點(diǎn)303、304處的電壓電平vc1、vc2的差，如下文關(guān)于圖4所描述。

時(shí)間寄存器300可以用作如上文關(guān)于圖2所描述的時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器200中在時(shí)域寄存器205之一。

圖4示出了說(shuō)明在圖3中描繪的時(shí)間寄存器300中所使用的信號(hào)的波形的簡(jiǎn)化示意圖。

通過(guò)圖4中的波形闡述具有隱式加法器/減法器的時(shí)間寄存器的操作。存在四個(gè)主要階段：預(yù)充電、放電、保持模式和殘余放電。當(dāng)輸入in1和in2初始地低時(shí)，負(fù)載電容器c1和c2通過(guò)pmos晶體管mp1預(yù)充電到vdd。由于預(yù)設(shè)信號(hào)的初始確證，因此觸發(fā)器321的q輸出(對(duì)應(yīng)于狀態(tài)信號(hào)s1、s2)初始化為高。在上升沿應(yīng)用于in1和in2之后，c1和c2開(kāi)始通過(guò)mn1和mn2放電，直到上升沿后續(xù)應(yīng)用于hold1和hold2，這將觸發(fā)器321的q輸出設(shè)置為低。

電壓vc1和vc2保持穩(wěn)定，直到觸發(fā)邊沿awake恢復(fù)其放電。接著，in1和in2的上升沿被最終傳播為輸出out1和out2。換句話說(shuō)，t1和t2的時(shí)間差與vc1和vc2的電壓差成正比，因此可以在殘余放電的過(guò)程期間實(shí)現(xiàn)時(shí)域減法(或在調(diào)換輸入時(shí)為加法)，這將電壓差轉(zhuǎn)換回相應(yīng)時(shí)間間隔。輸入-輸出的傳播延時(shí)取決于周期等于1/fs的保持模式的持續(xù)時(shí)間，因此在z域模型中存在單位延時(shí)z^-1。對(duì)于與tdc的帶內(nèi)噪聲相關(guān)聯(lián)的時(shí)間微擾的抗擾性，短的放電時(shí)間是優(yōu)選的。此外，單相選通逆變器的使用(驅(qū)動(dòng)c1/c2)消除了由pmos和nmos引起的切換錯(cuò)配。因此，大大改進(jìn)了線性。

圖5示出了說(shuō)明根據(jù)實(shí)施形式的用于時(shí)間緩沖的方法500的示意圖。方法500包含501接收一對(duì)輸入時(shí)鐘；502通過(guò)一對(duì)三態(tài)逆變器產(chǎn)生一對(duì)電平信號(hào)；503基于所述對(duì)電平信號(hào)產(chǎn)生一對(duì)輸出時(shí)鐘；以及504響應(yīng)于一對(duì)狀態(tài)信號(hào)和所述對(duì)輸入時(shí)鐘保持所述電平信號(hào)或使所述電平信號(hào)放電。

可以響應(yīng)于狀態(tài)信號(hào)和輸入時(shí)鐘產(chǎn)生所述對(duì)電平信號(hào)，用于將相應(yīng)輸入時(shí)鐘與相應(yīng)狀態(tài)信號(hào)之間的一對(duì)時(shí)間差的時(shí)間差傳播為電平信號(hào)之間的電壓差。電平信號(hào)之間的電壓差可以與所述對(duì)時(shí)間差的時(shí)間差成正比。時(shí)間緩沖可以包含電容式負(fù)載一對(duì)三態(tài)逆變器。時(shí)間緩沖可以包含逆變或緩沖三態(tài)逆變器的輸出。時(shí)間緩沖可以包含在輸入低時(shí)對(duì)電平信號(hào)預(yù)充電。時(shí)間緩沖可以包含在輸入高且狀態(tài)信號(hào)低時(shí)保持電平信號(hào)。方法500可以包含在輸入信號(hào)高且狀態(tài)信號(hào)高時(shí)使電平信號(hào)放電。方法500可以包含響應(yīng)于保持信號(hào)和喚醒信號(hào)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。方法500可以包含響應(yīng)于預(yù)設(shè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，使得在預(yù)設(shè)信號(hào)高時(shí)狀態(tài)信號(hào)高。方法500可以包含驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，使得狀態(tài)信號(hào)在保持信號(hào)或喚醒信號(hào)的上升沿上切換。喚醒信號(hào)可以是取樣時(shí)鐘，保持信號(hào)可以是量化誤差信號(hào)。所述對(duì)輸出時(shí)鐘中的每一個(gè)可以在取樣時(shí)鐘上產(chǎn)生，輸出時(shí)鐘可以取決于相應(yīng)輸入時(shí)鐘與量化誤差信號(hào)之間的時(shí)間差。

方法500可以實(shí)施與上文關(guān)于圖3描述的時(shí)間寄存器300相同的功能。

如上文所呈現(xiàn)的時(shí)間寄存器可以用于可在pll中實(shí)施的tdc。當(dāng)此類(lèi)基于時(shí)間寄存器的tdc用于pll時(shí)，頻譜中的噪聲整形可以影響pll的帶寬的擴(kuò)寬。

本發(fā)明還支持包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼或計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼或計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令在執(zhí)行時(shí)致使至少一個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行本文中所描述的執(zhí)行和計(jì)算步驟，具體來(lái)說(shuō)，如上文關(guān)于圖5所描述的方法500以及上文關(guān)于圖1到4所描述的技術(shù)。此類(lèi)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包含將程序代碼存儲(chǔ)于其上以供計(jì)算機(jī)使用的可讀存儲(chǔ)媒體。所述程序代碼可以執(zhí)行如上文關(guān)于圖5所描述的方法500。

盡管本發(fā)明的特定特征或方面可能已經(jīng)僅結(jié)合幾種實(shí)施方案中的一種進(jìn)行公開(kāi)，但此類(lèi)特征或方面可以和其他實(shí)施方案中的一個(gè)或多個(gè)特征或方面相結(jié)合，只要對(duì)于任何給定或特定的應(yīng)用是有需要或有利。而且，在一定程度上，術(shù)語(yǔ)“包含”、“有”、“具有”或這些詞的其他變形在詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)或權(quán)利要求書(shū)中使用，這類(lèi)術(shù)語(yǔ)和所述術(shù)語(yǔ)“包括”是類(lèi)似的，都是表示包括的含義。同樣，術(shù)語(yǔ)“示例性地”，“例如”僅表示為示例，而不是最好或最佳的。可以使用術(shù)語(yǔ)“耦合”和“連接”及其派生詞。應(yīng)理解，這些術(shù)語(yǔ)可以用于指示兩個(gè)元件彼此協(xié)作或交互，而不管兩個(gè)元件是直接物理或電氣接觸，還是彼此不直接接觸。

盡管本文中已說(shuō)明和描述了具體方面，但本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解，多種替代和/或等效實(shí)施方案可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下替代所示出和描述的具體方面。本申請(qǐng)旨在覆蓋本文論述的特定方面的任何修改或變更。

盡管所附下權(quán)利要求書(shū)中的各元素是借助對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽按照特定順序列舉的，除非對(duì)權(quán)利要求的闡述另有暗示用于實(shí)現(xiàn)部分或所有這些元素的特定順序，否則這些元素并不一定限于以所述特定順序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)以上啟示，對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，許多替代產(chǎn)品、修改及變體是顯而易見(jiàn)的。當(dāng)然，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員容易意識(shí)到除本文所述的應(yīng)用之外，還存在本發(fā)明的眾多其它應(yīng)用。雖然已參考一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，仍可對(duì)本發(fā)明作出許多改變。因此，應(yīng)理解，只要是在所附權(quán)利要求書(shū)及其等效文句的范圍內(nèi)，可以用不同于本文具體描述的方式來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。