一种高分辨率时间数字转换电路的设计与实现

时间数字转换电路的原理和方法

TDC是时间测量的基本手段和常用技术，其测量原理是将携带时间信息的模拟信号转换为数字信号(数字化)，从而完成时间信息的测量。目前，实现TDC的技术有时间放大、游标卡尺、电流积分、计数器、延迟线等多种技术。利用延迟线法实现TDC电路采用的是带锁相环的抽头延迟线，这种方法的好处在于节省电路资源，同时可以克服延迟线的变化，确保测量结果的稳定。图1显示了锁相环的基本结构。

本文设计的TDC组要框架如图2所示。该电路是以信号通过内部门电路的传播延迟来进行高精度时间间隔测量的。它计算了在一定的时间间隔内START测量信号在延时单元中通过反相器的个数，利用信号通过逻辑门的绝对时间延迟来精确量化时间间隔。该TDC电路利用了粗计数和细时间测量相结合的方法来完成一次测量。当STOP信号有效时，STOP通道里面的寄存器就会记录下STOP信号进入TDC时START信号经过反相器的个数。锁存器里保存的数据将作为细时间测量部分的结果。START信号和STOP信号之间的参考时钟有效沿的个数将作为粗值计数器的结果。对两个测量结果进行计算将完成一次时间间隔测量。这个测量结果存在较大的误差，通常的处理方法是通过对TDC电路的校准来补偿由温度和电压变化而引起的误差。校准是通过测量一个和两个参考时钟的时钟周期完成的。