兩步tdc的校正電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)設(shè)計(jì)領(lǐng)域,特別涉及兩步時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的校正。
技術(shù)背景
[0002]對(duì)于傳統(tǒng)的兩步量化結(jié)構(gòu)而言,兩個(gè)輸入信號(hào)先被送入粗量化單元進(jìn)行測量,隨后量化誤差則被送入細(xì)量化單元進(jìn)行精細(xì)測量,如圖1所示。假設(shè)start與Stop分別代表了輸入時(shí)間的起始和終止脈沖,在傳輸過程中,即使Start信號(hào)與Stop信號(hào)在進(jìn)入粗細(xì)量化前均存在傳輸延時(shí)不匹配的問題,即:
[0003]τ# τ 2) τ 3^ τ 4(I)
[0004]其中,τ I與τ2分別為Start信號(hào)與Stop信號(hào)到達(dá)粗量化前的傳播延遲時(shí)間,τ3與τ4則為兩信號(hào)分別到達(dá)細(xì)量化前的傳播延遲時(shí)間。最終,全部的傳輸延時(shí)誤差將被累積送進(jìn)細(xì)量化,且只會(huì)對(duì)細(xì)量化精度造成影響。而對(duì)于圖2所示的并行兩步量化結(jié)構(gòu),其中Start信號(hào)與Stop信號(hào)是被并行輸入到粗細(xì)量化中的,因此傳輸路徑上的延時(shí)不匹配將對(duì)粗細(xì)量化結(jié)果均有影響,以致將整個(gè)轉(zhuǎn)換精度限制在了粗量化的精度。雖然可以通過在傳輸路徑上添加Dummy管或者延時(shí)單元予以校正,但是工藝偏差和器件失配是不可避免的,以致傳輸延時(shí)失配帶來的量化誤差依然無法有效地解決。
[0005]在圖2中,Start信號(hào)與Stop信號(hào)在到粗量化前的傳輸延時(shí)差為τ1-τ2,在到達(dá)細(xì)量化前的傳輸延時(shí)差為τ3_τ4。為了消除傳輸路徑上的延時(shí)失配對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)換所造成的影響,應(yīng)滿足如下關(guān)系:
[0006]τ「τ2= τ 3-τ4 (2)
[0007]但實(shí)際中,由于工藝偏差和器件失配的存在,使得上式不可能成立。為此,對(duì)各種失配情況所帶來的影響進(jìn)行分析是十分必要的。為了簡化分析過程,假設(shè)Start信號(hào)在粗細(xì)量化中的傳播是同步的,因而只需對(duì)Stop信號(hào)在傳輸路徑中的延時(shí)失配問題進(jìn)行討論。用Stop_c信號(hào)來表示到達(dá)粗量化的Stop信號(hào),而用Stop_f信號(hào)表示到達(dá)細(xì)量化的Stop信號(hào)。在圖3所示的情形下,
[0008]Terror= τ 2-τ 4>0,T1=T3(3)
[0009]即Stop_f信號(hào)的傳輸延時(shí)小于Stop_c信號(hào)的傳輸延時(shí),且Stop_f信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升沿之前到來,而Stop_c信號(hào)在同一個(gè)上升沿之后到來,則致使粗量化中計(jì)數(shù)器的實(shí)際計(jì)數(shù)結(jié)果C_real為C+1,而對(duì)于Stop_f信號(hào)而言理想的計(jì)數(shù)結(jié)果C_ideal應(yīng)為C。因此,在傳輸延時(shí)誤差Terror為正時(shí),粗量化計(jì)數(shù)器可能多計(jì)1,從而造成整個(gè)量化結(jié)果的誤差。
[0010]反之,在Stop_f信號(hào)的傳輸延時(shí)大于Stop_c信號(hào)的傳輸延時(shí)的情況下,即:
[0011]Terror= τ 2-τ4〈0,τ 1= τ 3⑷
[0012]且Stop_f信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升沿之后到來,而Stop_c信號(hào)在同一個(gè)上升沿之前到來,如圖4所示。這種情況將致使粗量化中計(jì)數(shù)器的實(shí)際計(jì)數(shù)結(jié)果C_real為C-1,而對(duì)于Stop_f信號(hào)而言理想的計(jì)數(shù)結(jié)果C_ideal應(yīng)為C??梢?,在傳輸延時(shí)誤差Terror為負(fù)時(shí),粗量化計(jì)數(shù)器可能少計(jì)1,從而造成整個(gè)量化結(jié)果的誤差。
[0013]通過對(duì)兩種特殊傳輸延時(shí)誤差情形的分析,可知粗量化計(jì)數(shù)器的實(shí)際計(jì)數(shù)結(jié)果C_real多計(jì)I或少計(jì)I都將造成整個(gè)量化結(jié)果的誤差。為了消除傳輸延時(shí)失配所帶來的這一影響,傳統(tǒng)方法為在細(xì)量化中采用過量化一位的方法來實(shí)現(xiàn)誤差校正,而這種方法也意味著對(duì)細(xì)量化設(shè)計(jì)要求的提高,即以增加一倍的面積或者一倍的轉(zhuǎn)換時(shí)間為代價(jià)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本實(shí)用新型旨在解決兩步時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中粗細(xì)量化間傳輸延時(shí)失配所造成的誤差而提出的校正方法,相較于過量化的傳統(tǒng)校正方法,本實(shí)用新型不僅可以有效地解決傳輸延時(shí)失配誤差,而且避免了對(duì)細(xì)量化面積或者轉(zhuǎn)換時(shí)間的加倍。為此,本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是,兩步TDC的校正電路,由一個(gè)兩輸入與門、一個(gè)粗量化計(jì)數(shù)器、一個(gè)雙邊沿D觸發(fā)器、一個(gè)三輸入或非門和一個(gè)三輸入與門構(gòu)成,粗量化計(jì)數(shù)器為低電平觸發(fā),將粗量化計(jì)數(shù)器的最低位輸出CO連接至雙邊沿D觸發(fā)器的時(shí)鐘端,同時(shí)將兩個(gè)輸入信號(hào)Start和Stop通過與門產(chǎn)生的Stop_c信號(hào)連接至該雙邊沿D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端,Start與Stop分別代表了輸入時(shí)間的起始和終止脈沖,Stop_c信號(hào)連接到粗量化計(jì)數(shù)器的使能端,且用來表示到達(dá)粗量化的Stop信號(hào),計(jì)數(shù)器每一次輸出時(shí),雙邊沿D觸發(fā)器都將采集Stop_c的狀態(tài);而Stop_f?信號(hào)到達(dá)細(xì)量化模塊時(shí)的時(shí)鐘狀態(tài)則可以通過提取細(xì)量化結(jié)果的高兩位FnFn-1實(shí)現(xiàn),Stop_f信號(hào)表示到達(dá)細(xì)量化的Stop信號(hào),雙邊沿D觸發(fā)器的輸出QDFF與FruFn-1同時(shí)連接至一個(gè)三輸入或非門和一個(gè)三輸入與門。
[0015]三輸入與門將輸出置高,以完成對(duì)粗量化結(jié)果的補(bǔ)償加I操作;三輸入或非門將輸出置高,以完成對(duì)粗量化結(jié)果的補(bǔ)償減I操作。
[0016]與已有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)與效果:
[0017]本實(shí)用新型提出了一種校正電路用以解決兩步時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中粗細(xì)量化間傳輸延時(shí)失配所造成的影響,相較于過量化的傳統(tǒng)校正方法,其不僅可以有效地解決傳輸延時(shí)失配誤差,而且避免了對(duì)細(xì)量化面積或者轉(zhuǎn)換時(shí)間的加倍,理論上可以對(duì)傳輸延時(shí)失配誤差在-T/2到T/2內(nèi)的兩步TDC進(jìn)行校正。
【附圖說明】
[0018]圖1傳統(tǒng)兩步量化框架圖
[0019]圖2并行兩步量化框架圖
[0020]圖3Terror > O時(shí)誤差分析時(shí)序圖[0021 ]圖4Terror < O時(shí)誤差分析時(shí)序圖
[0022]圖5校正電路圖
[0023]圖6Terror > O時(shí)校正電路時(shí)序
[0024]圖7Terror < O時(shí)校正電路時(shí)序
【具體實(shí)施方式】
[0025]本實(shí)用新型提出了一種校正電路,不僅可以有效地解決粗細(xì)量化間傳輸延時(shí)失配所造成的誤差影響,而且避免了對(duì)細(xì)量化面積或者轉(zhuǎn)換時(shí)間的加倍。
[0026]本實(shí)用新型中提出的校正電路如圖5所示,由一個(gè)兩輸入與門、一個(gè)粗量化計(jì)數(shù)器、一個(gè)雙邊沿D觸發(fā)器、一個(gè)三輸入或非門和一個(gè)三輸入與門構(gòu)成,其通過分析Stop信號(hào)分別到達(dá)粗量化模塊與細(xì)量化模塊時(shí)的時(shí)鐘CLK電平狀態(tài),來判斷是否應(yīng)該對(duì)粗量化結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。為了判斷Stop信號(hào)到達(dá)粗量化模塊時(shí)的CLK電平狀態(tài),需要將粗量化計(jì)數(shù)器設(shè)為低電平觸發(fā),將計(jì)數(shù)器的最低位輸出CO連接至雙邊沿D觸發(fā)器的時(shí)鐘端,同時(shí)將兩個(gè)輸入信號(hào)Start和Stop通過與門產(chǎn)生的Stop_c信號(hào)連接至該雙邊沿D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端。此夕卜,Stop_c信號(hào)還決定著粗量化計(jì)數(shù)器的使能,且用來表示到達(dá)粗量化的Stop信號(hào)。計(jì)數(shù)器每一次輸出時(shí),雙邊沿D觸發(fā)器都將采集Stop_c的狀態(tài)。而Stop_f信號(hào)到達(dá)細(xì)量化模塊時(shí)的時(shí)鐘狀態(tài)則可以通過提取細(xì)量化結(jié)果的高兩位FnFn-1實(shí)現(xiàn)。電路中還將雙邊沿D觸發(fā)器的輸出QDFF與FnFn-1同時(shí)連接至一個(gè)三輸入或非門和一個(gè)三輸入與門以完成最后的邏輯判斷。
[0027]為了說明校正電路的工作原理,圖6和圖7展示了不同情況下的校正電路時(shí)序。在Terror > O的情形下,如圖6所示,當(dāng)Stop信號(hào)達(dá)到后,粗量化計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。如果此時(shí)Stop_c處于CLK時(shí)鐘的低電平處,則計(jì)數(shù)器最后一次計(jì)數(shù)是由時(shí)鐘下降沿觸發(fā)的,因而雙邊沿D觸發(fā)器最后采集到Stop_c的電平為高,因此輸出QDFF為I。此時(shí),如果FnFn-1為11,則意味著對(duì)于細(xì)量化而言,Stop_f信號(hào)處于CLK時(shí)鐘上升沿之后四分之一的高電平范圍內(nèi)。因此,粗量化計(jì)數(shù)器少計(jì)I,則需要通過三輸入與門將輸出加一校正位C_add置高,以完成對(duì)粗量化結(jié)果的補(bǔ)償加I操作。
[0028]在Terror < O的情形下,如圖7所示,當(dāng)Stop信號(hào)達(dá)到后,粗量化計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。如果此時(shí)Stop_c處于CLK時(shí)鐘的高電平處,則計(jì)數(shù)器最后一次計(jì)數(shù)是由Stop_c下降沿觸發(fā)的,因而雙邊沿D觸發(fā)器最后采集到Stop_c的電平為低,因此輸出QDFF為O。此時(shí),如果FnFn-1為00,則意味著對(duì)于細(xì)量化而言,Stop_f信號(hào)處于CLK時(shí)鐘上升沿之前四分之一的低電平范圍內(nèi)。因此,粗量化計(jì)數(shù)器多計(jì)1,則需要通過三輸入或非門將輸出減一校正位C_sub置高,以完成對(duì)粗量化結(jié)果的補(bǔ)償減I操作。通過以上分析,本實(shí)用新型提出的校正電路可完成對(duì)兩種特定情況下延時(shí)誤差的準(zhǔn)確校正。
[0029]本實(shí)用新型所提出的校正電路用于完成兩步時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換中傳輸延時(shí)失配的校正。在并行兩步時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換中,粗量化應(yīng)采用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn),同時(shí)需要將粗量化計(jì)數(shù)器設(shè)為低電平觸發(fā)。此時(shí),計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果則有可能由輸入時(shí)間終止脈沖Stop信號(hào)觸發(fā)。通過所設(shè)計(jì)的雙邊沿D觸發(fā)器,可以獲得正確的Stop信號(hào)到來時(shí)時(shí)鐘的狀態(tài)。由于校正中僅采用細(xì)量化結(jié)果中的高兩位,因此對(duì)于細(xì)量化的結(jié)構(gòu)沒有特殊的要求。在每一次完成全部量化后,可以在芯片內(nèi)部集成處理電路,完成對(duì)校正電路結(jié)果的處理。具體實(shí)施如下:通過邏輯判斷本次量化中粗量化結(jié)果是否需要+1,如果需要,粗量化結(jié)果+1 ;通過邏輯判斷本次量化中粗量化結(jié)果是否需要-1,如果需要,粗量化結(jié)果-1 ;將校正后的粗量化結(jié)果與細(xì)量化結(jié)果進(jìn)行拼接,最終完成量化結(jié)果的輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種兩步TDC的校正電路,其特征是,由一個(gè)兩輸入與門、一個(gè)粗量化計(jì)數(shù)器、一個(gè)雙邊沿D觸發(fā)器、一個(gè)三輸入或非門和一個(gè)三輸入與門構(gòu)成,粗量化計(jì)數(shù)器為低電平觸發(fā),將粗量化計(jì)數(shù)器的最低位輸出CO連接至雙邊沿D觸發(fā)器的時(shí)鐘端,同時(shí)將兩個(gè)輸入信號(hào)Start和Stop通過與門產(chǎn)生的Stop_c信號(hào)連接至該雙邊沿D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端,Start與Stop分別代表了輸入時(shí)間的起始和終止脈沖,Stop_c信號(hào)連接到粗量化計(jì)數(shù)器的使能端,且用來表示到達(dá)粗量化的Stop信號(hào),計(jì)數(shù)器每一次輸出時(shí),雙邊沿D觸發(fā)器都將采集Stop_c的狀態(tài);而Stop_f信號(hào)到達(dá)細(xì)量化模塊時(shí)的時(shí)鐘狀態(tài)則可以通過提取細(xì)量化結(jié)果的高兩位FnFn-1實(shí)現(xiàn),Stop_f信號(hào)表示到達(dá)細(xì)量化的Stop信號(hào),電路中還將雙邊沿D觸發(fā)器的輸出QDFF與FnFn-1同時(shí)連接至一個(gè)三輸入或非門和一個(gè)三輸入與門。
2.如權(quán)利要求1所述的兩步TDC的校正電路,其特征是,三輸入與門將輸出置高,以完成對(duì)粗量化結(jié)果的補(bǔ)償加I操作;三輸入或非門將輸出置高,以完成對(duì)粗量化結(jié)果的補(bǔ)償減I操作。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)設(shè)計(jì)領(lǐng)域,為解決兩步時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中粗細(xì)量化間傳輸延時(shí)失配所造成的誤差而提出的兩步TDC的校正電路,相較于過量化的傳統(tǒng)校正方法,本實(shí)用新型不僅可以有效地解決傳輸延時(shí)失配誤差,而且避免了對(duì)細(xì)量化面積或者轉(zhuǎn)換時(shí)間的加倍。為此,本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是,兩步TDC的校正電路,由一個(gè)兩輸入與門、一個(gè)粗量化計(jì)數(shù)器、一個(gè)雙邊沿D觸發(fā)器、一個(gè)三輸入或非門和一個(gè)三輸入與門構(gòu)成。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換場合。
【IPC分類】H03M1-50, H03M1-10
【公開號(hào)】CN204272085
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420829174
【發(fā)明人】徐江濤, 于婧, 聶凱明, 史再峰, 高靜, 高志遠(yuǎn), 姚素英
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2015年4月15日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日