一種高分辨率時間數字轉換電路的設計與實現

　　時間數字轉換電路的原理和方法

　　TDC是時間測量的基本手段和常用技術，其測量原理是將攜帶時間信息的模擬信號轉換為數字信號(數字化)，從而完成時間信息的測量。目前，實現TDC的技術有時間放大、游標卡尺、電流積分、計數器、延遲線等多種技術。利用延遲線法實現TDC電路采用的是帶鎖相環的抽頭延遲線，這種方法的好處在于節省電路資源，同時可以克服延遲線的變化，確保測量結果的穩定。圖1顯示了鎖相環的基本結構。

　　本文設計的TDC組要框架如圖2所示。該電路是以信號通過內部門電路的傳播延遲來進行高精度時間間隔測量的。它計算了在一定的時間間隔內START測量信號在延時單元中通過反相器的個數，利用信號通過邏輯門的絕對時間延遲來精確量化時間間隔。該TDC電路利用了粗計數和細時間測量相結合的方法來完成一次測量。當STOP信號有效時，STOP通道里面的寄存器就會記錄下STOP信號進入TDC時START信號經過反相器的個數。鎖存器里保存的數據將作為細時間測量部分的結果。START信號和STOP信號之間的參考時鐘有效沿的個數將作為粗值計數器的結果。對兩個測量結果進行計算將完成一次時間間隔測量。這個測量結果存在較大的誤差，通常的處理方法是通過對TDC電路的校準來補償由溫度和電壓變化而引起的誤差。校準是通過測量一個和兩個參考時鐘的時鐘周期完成的。