基于环形游标时间数字转换器的编码转换电路

基于应用在锁相环的环形游标时间数字转换器(Vernier ring time-to-digital converter,VRTDC),提出了一种温度计码编码转换电路,解决了VRTDC电路在小量程计数时输出电路无法输出准确的码值,导致时间间隔错误的输出量化问题。采用Cadence Spectre仿真工具在标准180 nm CMOS混合信号工艺下对编码转换电路进行验证,验证结论表明该VRTDC可输出正确的编码值,有效分辨率可达10 ps、动态范围可达560 ns,且在测量范围内具有很好的线性度。

相控-延时链混合架构时间数字转换器

高精度时间间隔测量过程中,为兼顾测量分辨和精度的同时,简化校准过程,提出一种混合架构的时间数字转换器(TDC)设计方法。该方法将相控时钟架构与抽头延时链(TDL)架构结合,利用不同相位的时钟对抽头延时链实现并行采样,一次测量过程中可以得到多个测量值,最后利用多个测量值的均值表示测量结果。该方法在Kintex-7 FPGA上进行实验测试,结果表明在进行简单校准的情况下,仍然可以保持较高的测量分辨率和精度,从而证明提出方法的有效性与可行性。

非线性优化的时间数字转换器设计

在由FPGA超前进位单元级联构成的抽头延时链中,非线性通常较差,是TDC测量系统需要解决的重要问题之一。为了解决该问题,文章在已有的抽头采样序列(“SCSC”)基础上,提出了“混合”抽头采样序列的方法,显著改善了延时单元的非均匀性。所搭建的TDC包含了抽头延时链、采样逻辑电路、编码逻辑电路、码密度校准等模块,并在Xilinx Kintex-7系列芯片上进行验证。测试结果表明,提出的方法相较于“SCSC”序列下的微分非线性降低了32.0%,积分非线性降低了22.8%。通过进一步校准,所实现的TDC分辨率(LSB)为13.51 ps,测量精度为19.17 ps,微分非线性为[-0.45,0.96]LSB,积分非线性在[-3.27,1.33]LSB之间。

一种基于FPGA进位链的时间数字转换器

提出了一种基于Xilinx Virtex-5FPGA的时间数字转换器。利用Virtex-5中专用进位链CARRY4构造的延迟链,对时钟周期进行内插以得到更高精度的测量。此外,运用布局布线约束来减少延迟链的不一致性,降低了微分非线性（DNL）以及积分非线性（INL）。仿真结果表明,最低有效位（LSB）为52.22ps,精度（RMS）约为25ps,INL为0~0.9LSB,DNL为-0.03~0.1LSB。

基于FPGA的高精度多通道时间数字转换器设计

采用Xilinx Virtex-5FPGA芯片,实现了一种高精度、多通道时间数字转换器的设计。每个通道配有一条抽头延迟线,每条延迟线由64个快速超前进位链(CARRY4)组成。布线后,延迟线成链状结构紧密排列,有效消除了布线路径带来的误差,降低了积分非线性和微分非线性误差。仿真结果表明,设计的时间数字转换器的最低有效位约为26.35ps,有效精度约为14ps,INL小于4.3LSB,DNL在-0.8LSB^2.4LSB范围内。

基于时间数字转换器的数字输出电子式互感器校验系统

为了提高基于高精度采集卡的数字输出电子式互感器校验系统的相位测量精度,分析了其相位测量误差产生的原因。基于此,提出通过时间数字转换器(TDC)测量采集卡从触发采样到开始采样的时间差,再将该时间差换算为角度以校正相位,给出了所提方法在校验系统中的实现方法。对应用所提方法的校验系统的准确度进行理论分析,结果表明其测量准确度为0.05级,可用于校验精度为0.2级及以下的电子式互感器。

一种基于FPGA的时钟相移时间数字转换器

提出了一种基于Xilinx Virtex-5FPGA的时钟相移采样(SCS)时间数字转换器(TDC)。利用Virtex5内部的时钟管理模块(CMT)产生16路固定相移的时钟信号,经过16路D触发器对输入信号同时进行采样量化。与传统的基于抽头延迟链结构相比,所用资源更少,性能更加稳定。仿真结果表明,该TDC的精度高于64ps,占用数字时钟管理(DCM)与锁相环(PLL)资源小于20%,积分非线性(INL)和微分非线性(DNL)都小于0.3LSB。

一种基于时间数字转换器的瞬时测频技术

为了提高数字计数式瞬时测频的精度，提出了一种采用时间数字转换器（TDC）进行瞬时测频的新技术。通过对脉内的被测信号脉冲个数进行计数，并利用TDC测量输入信号的脉宽，可得到被测信号频率。在 FPGA 中设计了测频的基本时序，并完成了对TDC的控制和数据计算。为了提高瞬时测频机工作的稳定性，设计了TDC的校准方法，通过在测量间歇期插入标准脉宽信号进行测量，以修正T DC的漂移。经测试表明，对于脉宽1μs、载频频率为1～2GHz的输入信号，该技术的测量精度约为0．3MHz，测量时间小于1μs。

基于时空关系的高分辨率时间数字转换器

本文介绍了一种利用时空关系来提高测量时间间隔精度的时间数字转换器(TDC),该转换器用固定长度的抽头传输线作为量化延时单元,对短时间间隔进行量化,其主要分为传输线、缓冲器和重合检测电路三个部分,本文对此进行了深入分析。这种时间数字转换器的一个优点是容易集成,我们做了个原型机来验证这个原理,在该原型机中使用印刷电路板上的微带线作为延迟线,最后实现了82ps的测量精度。

基于FPGA的高分辨力时间数字转换器的应用研究

高分辨力时间间隔测量技术在许多研究和应用领域中都具有十分重要的地位。基于FPGA技术,利用高分辨力时间数字转换器TDC芯片,设计出了一种高准确度时间间隔测量系统,该系统可以工作在不同模式及分辨力,也可以进行不同通道的选择,最多可以达到8个测量通道。测量结果显示,该测量系统可以达到18.6 ps的标准偏差。

基于新型时间放大器流水线时间数字转换器

针对传统时间数字转换器(TDC)中普遍存在的转换速度与转换精确度相互制约问题,提出一种适用于流水线型TDC结构的新型边沿对准时间放大器。这种时间放大器采用三级门控延时链与边沿合成器的级联结构,可实现增益为4的整数倍时间放大。在0.35μm标准CMOS工艺下完成整体流水线型TDC的设计,仿真结果显示,输入动态范围为6.11 ns,时间分辨力为13.1 ps,转换速率为50 MSamples/s。相比于传统基于脉冲序列时间放大器的TDC,转换速率提高19.5%,精确度提高33.7%。

16通道高分辨CAMAC时间数字转换器

介绍一种１６通道高分辨ＣＡＭＡＣ时间数字转换器组件，具有１２位动态范围，其最小时间分辨达２６ｐｓ，１６个通道的总变换时间仅１５μｓ。该组件采用ＣＯＭＭＯＮＳＴＡＲＴ模式，１６个独立的ＳＴＯＰ。该组件有两种读出方式：随机读出和稀疏扫描读出方式。为了简化设计，提高组件的可靠性，在组件中ＴＡＣ部分被设计成一个很小的模块，每个模块包含两路独立ＴＡＣ，组件中共使用了８个这样的ＴＡＣ模块。详细介绍了该１６通道高分辨ＣＡＭＡＣ时间数字转换器组件的原理。

基于FPGA的时间数字转换器的编码器

时间数字转换器的编码器需要把温度计码转换1-0(0-1)跳变处的二进制位置码。针对FPGA的查找表结构,实现了处理任意2m位温度计码的3种行为级编码器(顺序查找法、折半查找法和累加法)和4种数据流级编码器(wallace树、胖树、MUX和ROM)的算法描述,并在EP3C25E144I7中实现。通过对比编码器的LUT使用个数、最短路径延时、最长路径延时和毛刺,发现在FPGA上性能相近且最优的是胖树结构和ROM结构的编码器。ROM结构比胖树结构更易于被编程实现和移植。

最新时间数字转换器TDC-GP22原理与应用经验

TDC-GP系列芯片是以时间数字转换器为核心的一种测量芯片。它可以精确地测量两个脉冲之间的时间间隔。该系类芯片同时具有温度测量功能,使之非常适合应用于超声波流量测量和热量测量领域。本文介绍了已进入市场的最新的TDC-GP芯片TDC-GP22的时间测量原理和其具有的最新改进,并总结了几点应用经验。

基于0.18μm CMOS抽头延迟链时间数字转换器设计

本文提出一种基于0.18μm CMOS抽头延迟链时间数字转换器(TDC,Time-to-Digital Converter),共设计128级压控延迟链。通过对称结构延迟锁相环的使用,增加了延迟链的稳定性,减小了系统时钟歪斜与抖动。仿真结果表明:电源电压为1.8V,参考时钟频率为250MHz时,TDC最低有效位(LSB)约为84.6ps,有效精度(RMS)约为40.6ps,微分非线性-0.7LSB<DNL<0.8LSB,积分非线性-0.9LSB<INL<1.4LSB。

一种增益可编程的时间数字转换器

提出了一种增益可编程时间放大器结构。采用并行输入、串行输出结构,将TDC(Time-to-Digital Converter,时间数字控制器)每级START与STOP信号异或操作并送至可编程增益时间放大器(Programmable Gain Time Amplifier,PGTA),通过数字控制部分控制PGTA增益N,TDC跳变点靠前时,将跳变点之后的N级异或门输出做累加;TDC跳变点靠后时,将跳变点之前的N级异或门输出做累加,实现时间放大功能且增益可编程、高线性度的PGTA。PGTA增益误差通过补偿器来补偿。TSMC 130nm流片验证结果显示:该TDC具有高分辨率、高线性度且增益可编程。

应用于全数字锁相环的时间数字转换器设计

采用标准0.18μm CMOS工艺,设计了一种应用于全数字锁相环中检测相位差大小的时间数字转换电路(TDC)。针对传统TDC电路的不足,通过加入上升沿检测电路,扩大计数器位宽,使得TDC电路不仅能完成时数转换的基本功能,而且提高了时数转换的准确性,扩大了测量范围。该设计完成了RTL级建模、仿真、综合及布局布线等整个流程。仿真结果表明,该TDC电路工作正常,在1.8 V电源电压下,功耗为10 mW,能达到的分辨率约为0.3 ns,版图尺寸为255μm×265μm。

基于卡尔曼滤波算法的时间数字转换器

基于时间域的模拟数字转换器,利用了数字电路的优势,变换信号的表征方式,实现了信号从电压域到时间域的转换。与电压域模拟数字转换器相比,在达到相同速度、精度等指标的前提下,时间域模拟数字转换器具有结构简单、功耗低等优点。但在信号转换过程中,由于电压时间转换的非线性与时间数字转换器延迟单元不匹配,容易引起量化噪声。在时间数字转换器的量化过程中,引入卡尔曼滤波算法,可以对时间数字转换器进行量化校准。实验结果表明,该方法能有效降低时间数字转换器的谐波失真。

基于时间放大技术的时间数字转换器的设计

本文基于时间放大技术设计了一种两步式的时间数字转换器(TDC),可应用于高精度的飞行测量领域。本设计采用SMIC 55 nm CMOS工艺,采用环形延时TDC作为粗量化电路,采用游标式TDC作为细量化电路。游标式TDC的精度受到延时失配限制,导致在设计时难以突破更高精度的要求。时间放大器通过放大粗量化产生的时间余量,并继续进行第二次细量化,降低了细量化电路的设计难度。针对传统时间放大器输入范围有限以及放大精确度不足的弊端,提出一种新的时间放大器结构,具有精确放大宽范围输入时间间隔的能力。仿真结果表明,采用该种时间放大器的TDC可实现的分辨率为3.7 ps,测量范围为80 ns,微分非线性(DNL)为0.73 LSB,积分非线性(INL)为0.95 LSB,该设计能够在高线性度下更好地兼顾TDC的分辨率与测量范围。

一种使用增益校准技术的ΔΣ时间数字转换器

提出了一种使用门控环形振荡器及级间增益误差校正技术的1-1MASH结构ΔΣ型TDC.该TDC使用两个GRO-TDC级联,实现二阶噪声整形.采用基于电荷泵的大增益时间放大器进行级间放大,进一步降低了TDC的量化噪声.使用一种级间增益校准技术校正时间放大器增益误差与两级GRO的频率失配.该TDC在SMIC 40nm 1P8M CMOS工艺下设计和仿真,实现了宽带宽、高精度(低带内积分噪声)、大动态范围.