[发明专利]一种门控环型时间数字转换器及时间数字转换方法

说明书

本发明提供一种门控环型时间数字转换器及时间数字转换方法，时间数字转换器包括：预处理模块、使能信号生成模块、快环、慢环、时间比较器模块、慢环计数器、快环计数器、慢环边缘检测模块、快环边缘检测模块、快环计数器寄存器、慢环计数器寄存器、时间比较器寄存器和复位信号处理模块。快环和慢环的延迟时间不同，两个待测信号分别在快环和慢环中传播，每经过一组延迟单元，两信号的时间间隔减小一个单元的延迟差。当终止信号追上起始信号时，根据记录的终止信号到来时起始信号在慢环中的传播圈数和终止信号追上起始信号时起始信号在慢环中的传播圈数，以及时间比较器模块输出高电平时的位置，即可计算出两个待测信号的时间间隔。

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，具体涉及一种门控环型时间数字转换器及时间数字转换方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，高精度时间测量技术在各个领域的地位越来越重。传统的测量采用计数器测量时间，测量误差取决于时钟周期，提高时钟周期可以提高测量精度，但高速时钟会引起时钟歪斜等问题，因而提出了高精度时间测量的需求。时间数字转换技术利用微电子电路中逻辑单元的延迟效应实现了高精度的量化，解决了困扰已久的高精度测量问题。为了深入探究电压、距离等物理量之间的精确关系，往往将其模拟量转换成时间量，通过时间量来了解期间的重要关系，时间数字转换器通过量化两个时间上升沿之间的间隔来来测量时间。时间数字转换器在高能物理等领域的应用已经超高20年，其他应用包括逻辑分析仪、半导体测试、医学等领域。

衡量时间数字转换器的主要技术指标为分辨率、动态范围、面积及功耗，为达到分辨率高、动态范围大、面积小及功耗小的要求已出现多种类型的时间数字转换器，如快闪型、游标尺链型、两步式等，但每种类型都存在问题。如快闪型时间数字转换器能有效提高分辨率，动态，但测量范围较小，增大动态范围时，需要的延迟单元及比较器增多导致面积及功耗增大。两步式时间数字转换器能得到较高分辨率，但由于两步式时间数字转换器是两种结构的结合，面积及功耗也非常高。

另外，系统启动前需要对整个系统清零，现有的技术清零需要等待的时间较长。测量结束后不能及时关闭系统，功耗较大。

发明内容

本发明提供一种门控环型时间数字转换器及时间数字转换方法，具有功耗低的特点。

本发明提供一种门控环型时间数字转换器，包括：

预处理模块，用于对两个待测信号进行处理，输出只有一个上升沿的起始信号和终止信号，且当起始信号的第二个上升沿比终止信号上升沿先到时，防止漏测第二个上升沿；

使能信号生成模块，与预处理模块相连接，用于生成使能信号，作为快环和慢环的开关；

快环，与使能信号生成模块相连接，包括8组延迟单元，终止信号在其中传播；

慢环，与使能信号生成模块相连接，其结构与快环相同且延时大于快环的延时，起始信号在其中传播；

时间比较器模块，用于比较终止信号是否追上起始信号；

慢环计数器，用于记录终止信号到来时起始信号在慢环中的传播圈数；

快环计数器，用于记录终止信号追上起始信号时起始信号在慢环中的传播圈数；

慢环边缘检测模块，用于检测慢环输出的信号是否有上升沿与下降沿；

快环边缘检测模块，用于检测快环输出的信号是否有上升沿与下降沿；

快环计数器寄存器，用于存储测量结束时快环计数器输出的二进制值；

慢环计数器寄存器，用于存储测量结束时慢环计数器输出的二进制值；

时间比较器寄存器，用于存储测量结束时时间比较器模块输出的二进制值；