一种用于TOF激光雷达的多通道时数转换芯片设计

时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)是一种将连续时间信号转换为数字信号输出的器件,是飞行时间(TOF)激光雷达中的关键部件。在利用计数器粗采样和多相位内插细采样的传统结构上,设计了一种基于相位内插的双级粗细结合型时间数字转换电路,并增加了双回波接收通路来接收多脉冲回波信号,在此基础上设计了一款17通道多路TDC系统芯片。芯片采用CMOS 0.11μm工艺设计,版图面积为0.6mm×3mm。后仿真结果显示,在1.2V电源下其功耗小于100mW,单输入精度平均值为51.7ps,动态范围为3.4μm,且线性度良好。该TDC芯片适用于飞行时间脉冲激光雷达的信号计时。

应用于时间数字转换器的补偿校准算法及电路

文章提出一种基于相位内插型时间数字转换器(time-to-digital converter, TDC)的补偿算法及校准电路,通过该电路能有效地解决由于亚稳态和PVT(process,voltage and temperature)因素变化引起的TDC的采样错误,并且不需要额外的计数器、锁频电路或基于统计方法学的复杂结构。基于该方法的TDC电路采用CMOS 0.110μm工艺设计实现,版图面积仅为380×140μm^(2),在1.2 V电源下功耗为4.2 mW。仿真结果表明:系统分辨率为104 ps,最大微分非线性(differential nonlinearity,DNL)和积分非线性(integral nonlinearity,INL)分别为0.3、2.5 LSB,证明依据该算法的TDC电路具有良好的时间精度和线性度。

基于FPGA的8通道高精度TDC技术

高精度脉冲式激光测距的精度与时间数字转换器(TDC)的精度密切相关,基于现场可编程门阵列(FPGA)的多通道TDC可有效降低系统的复杂度、提高测量效率。利用Xilinx Kintex-7系列内的CARRY4模块构造延迟链作为细计数,用25位200 M的系统时钟进行粗计数,采用粗细结合的方式,在FPGA芯片内设计并验证了8通道高精度TDC。针对延迟单元的超前进位特性及其受温度电压影响的非线性时延,利用码密度测试法和在线校准法进行校准。实验结果表明,设计的8通道TDC分辨率小于35 ps,精度为36.8 ps,误差峰峰值为157.2 ps,量程为167.77 ms。