一种流水线时数转换器及其方法技术

本发明专利技术涉及一种流水线时数转换器及其方法，该流水线时数转换器包括：级联的多个接收同一时钟信号的时数流水线单元；各级时数流水线单元接收时间信号或上一级的时间余量，根据时钟信号对时间信号或时间余量进行时数转换，输出时数转换后的数字信号，并且将时数转换的时间余量输入下一级时数流水线单元，其中，每一级时数流水线单元进行时数转换的时间为时钟信号周期的整数倍。本发明专利技术的流水线时数转换器通过每一级接收同一时钟信号，并且每一级的处理时间是该时钟信号周期的整数倍，实现了各级同步和确定的输出数据延时，便于系统集成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种时数转换，尤其涉及。
技术介绍
在电子测量和信号处理领域,时数转换器(time to digital converter, TDC)是一种为了辨识事件和提供发生时间数字表示的设备。举例来说，某种时数转换器可以输出每个输入脉冲的到达时间。对某些应用来说(如距离测量)，更希望能测量两个事件中的事件间隔，而不是某些点的绝对时间。时数转换器最简单的实施方式，就是用一个每时钟周期增加数量一的高频计数器。计数器当前的数值代表当前的时间。当事件发生时，计数器的值被输出寄存器获取。在这种实施方式中，对时间的测量是时钟周期的整数倍，所以时间是被时钟周期量化的。为了得到更高的分辨率，需要更快的时钟。测量的精度也取决于振荡器的稳定度。采用计数器实施方式的时数转换器的精度受限于时钟频率。距离来说，一个IOMHz的时钟有IOOns的分辨率。为了得到比时钟周期更好的分辨率，可以采用时间内插电路。内插电路通常需要很长的时间完成他们的功能，所以采用时间内插电路的时数转换器在两次测量之间需要较长的时间间隔。时间内插电路通常分为斜坡内插(Ramp interpolator)和维纳内插(Vernierinterplator)。采用流水线结构的时数转换器，把转换过程通过流水线的方式分配到每一级中，每一级完成时间到数字量化的一部分，既提高了转换精度，也提高了转换速度。但是，现有的流水线时数转换器的每一级的开始时间之间没有固定的相位关系，每一级的开始时间是异步的。换言之，流水线中各级不同步，并且各级的输出数据延时不确定，在目前普遍采用同步电路的环境下，存在难以集成的困难。专利技术内容本专利技术的目的是提供一种能够解决上述问题的流水线时数转换器及其方法。在本专利技术的第一方面，提供了一种流水线时数转换器，包括级联的多个时数流水线单元，每个时数流水线单元接收同一时钟信号；第一级时数流水线单元接收时间信号，根据所述时钟信号对所述时间信号进行时数转换，输出时数转换后的数字信号，并且将时数转换的时间余量输入下一级时数流水线单元；第一级时数流水线单元之后的每个流水线单元接收上一级时数流水线单元输出的时间余量，根据所述时钟信号对所述时间余量进行时数转换，输出时数转换后的数字信号，并且将未进行时数转换的时间余量输入下一级时数流水线单元；其中，每一级时数流水线单元进行时数转换的时间为所述时钟信号的周期的整数倍。在本专利技术的第二方面，提供了一种流水线时数转换方法，其中，所述流水线分为多级，每一级根据同一时钟信号进行时数转换，所述方法包括第一级接收时间信号，根据所述时钟信号对所述时间信号进行时数转换，输出时数转换后的数字信号，并且将时数转换的时间余量输入下一级；第一级之后的每一级接收上一级输出的时间余量，根据所述时钟信号对所述时间余量进行时数转换，输出时数转换后的数字信号，并且将未进行时数转换的时间余量输入下一级，其中，每一级进行时数转换的时间为所述时钟信号的周期的整数倍。本专利技术的流水线时数转换器通过每一级接收同一时钟信号，并且每一级的处理时间是该时钟信号周期的整数倍，实现了各级同步和确定的输出数据延时，便于系统集成。附图说明图1是根据本专利技术实施例的流水线时数转换器的示意框图；图2是根据本专利技术实施例的时数流水线单元的示意框图；图3是根据本专利技术实施例的时数转换器的示意框图；图4是图3的时数转换器的时序图；图5是根据本专利技术实施例的数 时转换器的示意框图；图6是图5的数时转换器的时序图；图7是根据本专利技术实施例的时间放大器的示意框图；图8是图7的时间放大器的时序图；以及图9是根据本专利技术实施例的流水线时数转换方法的流程图。具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。图1是根据本专利技术实施例的流水线时数转换器的示意框图。如图1所示，该流水线时数转换器包括η个时数流水线单元(n ^ 2)和数字信号处理单元。级联的时数流水线单元中的每个时数流水线单元接收同一时钟信号，将对输入的时钟信号的时数转换分配到每一级时数流水线单元中，每一级时数流水线单元完成时间到数字量化的一部分，并且每一级的数字输出都输出到数字信号处理器进行处理。第一级时数流水线单元接收输入的时间信号，根据时钟信号对该时间信号进行第一级时数转换，时数转换后的第一级数字输出被输出到数字信号处理器。时间信号中没有被时数转换的部分，即时间余量，被输出到第二级时数流水线单元以作为其输入时间。第二级时数流水线单元接收第一级时数流水线单元输出的时间余量，根据该时钟信号对该时间余量进行第二级时数转换，时数转换后的第二级数字输出被输出到数字信号处理器。时间余量中没有被时数转换的部分，作为当前级的时间余量，被输出到第三级时数流水线单元以作为其输入时间。依此类推，之后的时数流水线单元接收上一级时数流水线单元输出的时间余量，根据该时钟信号对该时间余量进行时数转换，时数转换后的数字输出被输出到数字信号处理器。时间余量中没有被时数转换的部分，作为当前级的时间余量，被输出到下一级时数流水线单元以作为其输入时间。应当理解，每个时数流水线单元的工作过程是相同或类似的，不同之处在于第一级时数流水线单元接收的时间信号是流水线时数转换器接收的初始的时间信号，该时间信号还没有经历时数转换，而第一级之后的其他时数流水线单元都是对前一级时数流水线单元时数转换后的时间余量进行处理。数字信号处理单元根据所述时钟信号，对各级时数流水线单元输出的多个数字信号进行处理，形成并行或串行的数字信号后，作为流水线时数转换器的结果输出。数字信号处理模块的首要功能是把流水线数据对齐，流水线数据对齐实现方式可以采用多级D触发器级联结构，相关研究人员都可以实现。数字信号处理模块还可以有数字校准功能，对电路误差如比较器参与误差、时钟抖动、运放非理想性、电容失配等校准。数字校准可以分为离线校准、伪在线校准和在线校准。图2为根据本专利技术实施例的时数流水线单元的示意框图。如图2所示，时数流水线单元包括延时模块、时数转换器、数时转换器、时间减法器和时间放大器。延时模块根据时钟信号，对输入的时间信号进行延时，输出延时的时间信号，延时长度是所述时钟信号的周期的整数倍。应当理解，对于第一级时数流水线单元中的延时模块来说，其是对流水线时数转换器接收的未进行时数转换的初始时间信号进行延时，而对于第一级之后的时数流水线单元中的延时模块来说，其是对前一级时数流水线单元输出的时间余量进行延时。时数转换器根据时钟信号，对输入的时间信号进行时数转换，输出时数转换后的数字信号。应当理解，对于第一级时数流水线单元中的时数转换器来说，其是对流水线时数转换器接收的未进行时数转换的初始时间信号进行时数转换，而对于第一级之后的时数流水线单元中的时数转换器来说，其是对前一级时数流水线单元输出的时间余量进行时数转换。数时转换器根据时钟信号，对时数转换器输出的时数转换后的数字信号进行数时转换，输出数时转换后的时间信号。时间减法器从延时模块输出的延时的时间信号中减去数时转换器输出的数时转换后的时间信号，得到在当前级时数流水线单元中的原始时间余量。时间减法器的两个输入是同步的，即延时模块的延时长度等于时数转换器和数时转换器的处理时间之和。时间减法器可以采用异或门逻辑实现时间放大器将时间减法器输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流水线时数转换器，包括：级联的多个时数流水线单元，每个时数流水线单元接收同一时钟信号；第一级时数流水线单元接收时间信号，根据所述时钟信号对所述时间信号进行时数转换，输出时数转换后的数字信号，并且将时数转换的时间余量输入下一级时数流水线单元；第一级时数流水线单元之后的每个流水线单元接收上一级时数流水线单元输出的时间余量，根据所述时钟信号对所述时间余量进行时数转换，输出时数转换后的数字信号，并且将未进行时数转换的时间余量输入下一级时数流水线单元；其中，每一级时数流水线单元进行时数转换的时间为所述时钟信号的周期的整数倍。

【技术特征摘要】
1.一种流水线时数转换器，包括 级联的多个时数流水线单元，每个时数流水线单元接收同一时钟信号； 第一级时数流水线单元接收时间信号，根据所述时钟信号对所述时间信号进行时数转换，输出时数转换后的数字信号，并且将时数转换的时间余量输入下一级时数流水线单元; 第一级时数流水线单元之后的每个流水线单元接收上一级时数流水线单元输出的时间余量，根据所述时钟信号对所述时间余量进行时数转换，输出时数转换后的数字信号，并且将未进行时数转换的时间余量输入下一级时数流水线单元； 其中，每一级时数流水线单元进行时数转换的时间为所述时钟信号的周期的整数倍。2.根据权利要求1所述的流水线时数转换器，其中，所述时数流水线单元包括 延时模块，用于根据所述时钟信号，对所述时间信号或者前一级时数流水线单元输出的时间余量进行延时，输出延时时间信号或者延时时间余量； 时数转换器，用于根据所述时钟信号，对所述时钟信号或者前一级时数流水线单元输出的时间余量进行时数转换，输出时数转换后的数字信号； 数时转换器，用于根据所述时钟信号，对所述时数转换后的数字信号进行数时转换，输出数时转换后的时间信号； 时间减法器，用于从所述延时时间信号或者延时时间余量中减去所述数时转换后的时间信号，输出原始时间余量；以及 时间放大器，用于根据所述时钟信号对所述原始时间余量进行放大，输出所述时间余量。3.根据权利要求2所述的流水线时数转换器，其中，所述时间放大器包括 控制信号生成模块，用于根据所述时钟信号生成控制信号， 时间-中间量转换模块，用于根据所述控制信号将所述原始时间余量转换成中间量； 参考值生成模块，用于根据所述控制信号生成参考值；以及 放大模块，用于将所述中间量和所述参考值进行比较放大得出所述时间余量。4.根据权利要求1所述的流水线时数转换器，还包括 数字信号处理单元，用于根据所述时钟信号对所述多个时数流水线单元输出的多个数字信号进行数据对齐和数据校准。5.一种流...

【专利技术属性】
技术研发人员：华斯亮，刘岩，王东辉，洪缨，侯朝焕，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：