[发明专利]一种基于差分充电的高精度大范围时间数字转换器

摘要

发明公开了一种基于差分充电的高精度大范围时间数字转换器，该转换器包含时间分段器、脉冲产生器、启动器、主从电荷泵、选择电路、比较电路、粗测和细测计数器。时间分段器将待测时间间隔分为三部分，一部分经粗测计数器量化，剩余两部分通过主电荷泵转化为电压信息；启动器产生逼近信号触发脉冲产生器产生充放电脉冲对从电荷泵差分充电；细测计数器记录逼近信号的个数；选择电路选择一个从电荷泵输出电压与主电荷泵电压比较；随着时钟周期数的增长，从电荷泵电压逼近主电荷泵电压，两电压相等时，比较电路输出跳变且细测计数器停止计数。粗测计数器和细测计数器的计数结果为最终的测量结果。本发明能够对大范围的时间间隔进行高精度的转换。

主权项

一种基于差分充电的高精度大范围时间数字转换器，其特征在于，该转换器包含时间分段器(101)、启动器(102)、主电荷泵(103)、脉冲产生器(104)、从电荷泵(105)、选择电路(106)、比较电路(107)、与门(108)、粗测计数器(109)和细测计数器(110)，其中：所述时间分段器(101)具有端口一、端口二和端口三，端口一和端口二分别用于输入两个具有连续时间间隔的跳变沿信号，端口三用于输入参考时钟信号；所述时间分段器(101)用于将端口一和端口二输入的跳变沿信号的时间间隔在所述参考时钟信号的作用下分为时间段一、时间段二和时间段三，并将时间段一经与门(108)输入到粗测计数器(109)被量化，时间段二和时间段三输出到主电荷泵(103)的两个输入端被转化为电压信息，时间段三还连接到启动器(102)的一个输入端；所述与门(108)与所述时间分段器(101)连接，用于将时间段一和输入的参考时钟信号进行与操作；所述粗测计数器(109)与所述与门(108)连接，用于根据所述与门(108)的与操作结果产生时间段一内所包含的参考时钟周期数并输出计数结果；所述主电荷泵(103)与所述时间分段器(101)连接，用于将时间段二和时间段三转化为电压信息，并将所述电压信息输出至所述选择电路(106)和比较电路(107)；所述启动器(102)的另一个输入端连接所述端口三，用于根据所述参考时钟信号，在时间段三结束后，产生并输出逼近信号到所述脉冲产生器(104)和细测计数器(110)；所述脉冲产生器(104)与所述启动器(102)连接，用于在每一个逼近信号周期内产生两个充电脉冲和两个放电脉冲，并输出至所述从电荷泵(105)；所述从电荷泵(105)与所述脉冲产生器(104)连接，用于根据所述充电脉冲和放电脉冲对其中的电容差分充电，产生并输出从电荷泵电压和部分从电荷泵电压到所述选择电路(106)的两个输入端，所述部分从电 荷泵电压是从电荷泵电压经电容分压得到的；所述选择电路(106)与所述从电荷泵(105)连接，根据所述主电荷泵电压从所述从电荷泵电压和部分从电荷泵电压中选择一个作为选择电压输出到所述比较电路(107)的一个输入端；所述比较电路(107)与所述主电荷泵(103)和所述选择电路(106)连接，用于接收所述主电荷泵电压和选择电压并对其进行比较，若两者相等则输出停止信号到所述细测计数器(110)；所述细测计数器(110)与所述比较电路(107)和所述启动器(102)连接，用于对所述逼近信号中的脉冲个数进行计数并根据所述停止信号停止计数并输出计数结果；所述粗测计数器(109)的计数结果为时间段一的测量结果，所述细测计数器(110)的计数结果为时间段二和时间段三的测量结果。