基于DLL控制的高精度時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì).pdf

1、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time to Digital Converter，TDC)是一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路，它測(cè)量?jī)蓚€(gè)輸入脈沖之間的時(shí)間差，并輸出最接近該時(shí)間量的數(shù)字量化值。TDC常用于數(shù)字鎖相環(huán)(phase-locked loop，PLL)、3D成像中激光往返時(shí)間測(cè)量以及核科學(xué)實(shí)驗(yàn)中粒子飛行時(shí)間的測(cè)量，有力地支撐了紅外探測(cè)3D成像技術(shù)的發(fā)展，在軍事和工業(yè)及民用等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
　　由于陣列架構(gòu)帶來的TDC面積和功耗的嚴(yán)格限制及高精度寬

2、量程的要求，目前已知的大部分能突破門級(jí)延時(shí)的高精度窄量程TDC均很難用于陣列系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)適合于陣列應(yīng)用的寬量程、高精度TDC，本文在經(jīng)典的兩段式TDC基礎(chǔ)上給出了結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法:在原有高段LFSR計(jì)數(shù)器的最低位前加入異步減法器，在提高量程的同時(shí)進(jìn)一步限制甚至降低電路功耗;同時(shí)將延遲環(huán)型TDC改進(jìn)為基于DLL控制的TDC，提高中段TDC的性能水平;最后，進(jìn)一步引入雙環(huán)振結(jié)構(gòu)，通過控制并利用其相對(duì)相位，突破數(shù)字電路最小門延遲，實(shí)現(xiàn)

3、高精度時(shí)間分辨。與其它類型的三段式TDC結(jié)構(gòu)相比，本設(shè)計(jì)方案不僅兼顧了精度和寬量程的共同需求，而且在量化機(jī)制上同樣滿足陣列應(yīng)用的約束。理論研究和相關(guān)分析表明，基于Dual-DLL架構(gòu)的分段式TDC，在抑制環(huán)振頻率的相位噪聲或時(shí)鐘抖動(dòng)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而滿足高精度寬量程高穩(wěn)定的時(shí)間測(cè)量應(yīng)用要求。
　　本設(shè)計(jì)采用TSMC0.35μm CMOS工藝，通過Cadence EDA工具驗(yàn)證，完成了整個(gè)電路前仿、版圖與后仿及流片驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果