本發明屬于時間頻率信號處理，涉及一種(zhong)數字式時間數字轉換器。

背景技術：

1、時(shi)間數字(zi)轉換器(time-to-digital?converter,tdc)的(de)(de)(de)主要作(zuo)用(yong)是精確測(ce)量事件(jian)或信號的(de)(de)(de)時(shi)間間隔或到達時(shi)間。具體來說，tdc的(de)(de)(de)功(gong)能包括：時(shi)間測(ce)量、精確同(tong)步、事件(jian)相關性分(fen)析(xi)、距離測(ce)量和高(gao)(gao)速計(ji)數等(deng)方面，總之，tdc作(zuo)為一種高(gao)(gao)精度時(shi)間測(ce)量器件(jian)，其作(zuo)用(yong)涵蓋了從(cong)科學研究到工程應用(yong)的(de)(de)(de)多(duo)個領域，為現代(dai)技術的(de)(de)(de)發展和創新(xin)提(ti)供了重要支持。

2、由于(yu)(yu)(yu)模擬方法(fa)(fa)難(nan)以(yi)在集(ji)成電路中實現，目(mu)前主流的(de)(de)(de)是數(shu)字式時(shi)(shi)間數(shu)字轉(zhuan)換器。基(ji)于(yu)(yu)(yu)直接計(ji)數(shu)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)tdc最大會(hui)(hui)帶來±1個參考(kao)時(shi)(shi)鐘(zhong)周期的(de)(de)(de)誤差(cha)；基(ji)于(yu)(yu)(yu)游標法(fa)(fa)的(de)(de)(de)tdc可以(yi)達(da)到很高的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)精(jing)度，但(dan)是需要(yao)將(jiang)兩時(shi)(shi)鐘(zhong)周期差(cha)值(zhi)盡(jin)量(liang)減小，這(zhe)會(hui)(hui)增加測(ce)(ce)量(liang)時(shi)(shi)間，并且(qie)需要(yao)高精(jing)度高靈敏度的(de)(de)(de)重(zhong)合檢(jian)測(ce)(ce)電路，實現起來困難(nan)；基(ji)于(yu)(yu)(yu)抽(chou)頭(tou)延遲線(xian)(xian)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)tdc由于(yu)(yu)(yu)延遲線(xian)(xian)并不是絕對線(xian)(xian)性(xing)的(de)(de)(de)，同時(shi)(shi)延遲單元在電壓和溫度變(bian)化(hua)時(shi)(shi)也會(hui)(hui)降低(di)數(shu)據輸出穩定(ding)性(xing)，限制了轉(zhuan)換精(jing)度；基(ji)于(yu)(yu)(yu)多相(xiang)位(wei)時(shi)(shi)鐘(zhong)采樣法(fa)(fa)(mpcs)的(de)(de)(de)tdc對于(yu)(yu)(yu)時(shi)(shi)鐘(zhong)的(de)(de)(de)精(jing)確(que)同步(bu)相(xiang)位(wei)差(cha)和穩定(ding)性(xing)要(yao)求較高，時(shi)(shi)鐘(zhong)的(de)(de)(de)噪聲(sheng)和漂移會(hui)(hui)影響測(ce)(ce)量(liang)精(jing)度，類似其他tdc設計(ji)，mpcs?tdc可能(neng)會(hui)(hui)受到非線(xian)(xian)性(xing)和溫度變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)影響，這(zhe)可能(neng)需要(yao)額外的(de)(de)(de)校準和補償來消(xiao)除。

技術實現思路

1、鑒于以上所述時間數字(zi)轉(zhuan)換(huan)器中現(xian)有技術的問(wen)題(ti)，本(ben)發明(ming)提供了一(yi)種數字(zi)式時間數字(zi)轉(zhuan)換(huan)器，為測(ce)量時間間隔(ge)提供新的思路。

2、為實現(xian)上(shang)述(shu)目的(de)及其(qi)他相關目的(de)，本發明采用的(de)技術方(fang)案是：一種(zhong)數字式時間(jian)數字轉換器，可通過測量(liang)所(suo)述(shu)的(de)f1閘門(men)上(shang)升沿到f2閘門(men)上(shang)升沿的(de)時間(jian)間(jian)隔或所(suo)述(shu)的(de)f1閘門(men)下(xia)降沿到f2閘門(men)下(xia)降沿的(de)時間(jian)間(jian)隔間(jian)接得到待測時間(jian)間(jian)隔δt。

3、所述的預設閘門用于產(chan)生(sheng)一定(ding)時(shi)間的高電平脈寬；

4、所述的信號(hao)f1和(he)信號(hao)f2用(yong)于將(jiang)待測時(shi)間(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)隔(ge)的開始和(he)結束(shu)時(shi)刻轉變為信號(hao)f1上升(sheng)(sheng)沿到信號(hao)f2上升(sheng)(sheng)沿的時(shi)間(jian)(jian)(jian)差，所述的信號(hao)f1和(he)信號(hao)f2的周期相(xiang)同；

5、所述的f1閘(zha)門(men)和f2閘(zha)門(men)根據各自信(xin)號上升沿時刻所對應的預設閘(zha)門(men)狀(zhuang)態產生(sheng)，用于(yu)延長計數測量過程，并將待測時間(jian)間(jian)隔轉變為f1閘(zha)門(men)到f2閘(zha)門(men)的相同(tong)邊沿時間(jian)差；

6、所述的參考時鐘fs用于(yu)對f1閘(zha)門上升沿到f2閘(zha)門下(xia)降(jiang)沿的寬度進行計數。

7、具體地(di)，包括如下步(bu)驟：

8、1)預設一定時(shi)間的閘(zha)門信(xin)號脈寬，在(zai)信(xin)號f1和(he)f2的上升沿，分別生成待測量的f1和(he)f2閘(zha)門；

9、2)在(zai)f1閘(zha)門(men)上(shang)升沿時刻，對(dui)參考時鐘(zhong)(zhong)fs和信號f1分別開始計(ji)數，在(zai)整(zheng)(zheng)個(ge)f1閘(zha)門(men)中對(dui)信號f1計(ji)數得到n1，且f1閘(zha)門(men)長度為信號f1周期的整(zheng)(zheng)數倍，在(zai)f1閘(zha)門(men)上(shang)升沿到f2閘(zha)門(men)下降(jiang)沿，對(dui)參考時鐘(zhong)(zhong)fs計(ji)數得到ns；

10、3)在f2閘(zha)門下(xia)降沿讀取f1閘(zha)門的(de)電平狀(zhuang)態，若電平狀(zhuang)態為(wei)低，則δt＝nsts-n1t1＝(ns-n1)t1-ns(t1-ts)；若電平狀(zhuang)態為(wei)高，則δt＝t1-(n1t1-nsts)＝(ns-n1+1)t1-ns(t1-ts)。

11、本發(fa)明所取得的(de)有益效果是：測(ce)量(liang)方法簡單，易(yi)于(yu)實現，通過間(jian)接測(ce)量(liang)f1閘(zha)(zha)門與f2閘(zha)(zha)門的(de)相同邊沿的(de)時間(jian)間(jian)隔來得到(dao)待測(ce)時間(jian)間(jian)隔δt，在公(gong)式δt＝nsts-n1t1或(huo)δt＝t1-(n1t1-nsts)中(zhong)，n1t1為f1閘(zha)(zha)門脈寬長度，并(bing)且是信號f1周(zhou)期的(de)整(zheng)數(shu)(shu)倍，消除了測(ce)量(liang)過程中(zhong)f1閘(zha)(zha)門脈寬長度的(de)±1脈沖的(de)計(ji)數(shu)(shu)誤(wu)差，增(zeng)(zeng)加了測(ce)量(liang)精(jing)度；通過誤(wu)差分析可知在測(ce)量(liang)過程中(zhong)對(dui)δt測(ce)量(liang)進(jin)行(xing)了補償，并(bing)通過設置信號閘(zha)(zha)門的(de)方式增(zeng)(zeng)加了時鐘(zhong)計(ji)數(shu)(shu)值n1和(he)ns，且閘(zha)(zha)門寬度越大，參考時鐘(zhong)的(de)頻率越高，時間(jian)間(jian)隔的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度也更(geng)高。

技術特征：

1.一種數字式(shi)時間數字轉(zhuan)換器，其(qi)特(te)征在(zai)于，包(bao)括預設(she)閘(zha)(zha)門、信(xin)號f1、信(xin)號f2、f1閘(zha)(zha)門、f2閘(zha)(zha)門和參考時鐘fs；

2.如(ru)權利要求1所述的一(yi)種數(shu)字(zi)式時間數(shu)字(zi)轉換器，其特(te)征在于，包括如(ru)下步驟：

3.如(ru)權利要求1所述的(de)一(yi)種數(shu)字(zi)式(shi)時間(jian)數(shu)字(zi)轉換器，其(qi)特征在(zai)于(yu)，可(ke)通過(guo)測量所述的(de)f1閘(zha)門(men)上升沿(yan)(yan)到f2閘(zha)門(men)上升沿(yan)(yan)的(de)時間(jian)間(jian)隔(ge)或所述的(de)f1閘(zha)門(men)下(xia)降(jiang)(jiang)沿(yan)(yan)到f2閘(zha)門(men)下(xia)降(jiang)(jiang)沿(yan)(yan)的(de)時間(jian)間(jian)隔(ge)間(jian)接得到待(dai)測時間(jian)間(jian)隔(ge)δt。

技術總結
本發明涉及一種數字式時間數字轉換器，用于高精度時間測量。該轉換器首先預設一定時間的閘門信號脈寬，并在信號f<subgt;1</subgt;和f<subgt;2</subgt;的上升沿生成待測量的f<subgt;1</subgt;和f<subgt;2</subgt;閘門；在f<subgt;1</subgt;閘門的上升沿時刻，分別對參考時鐘f<subgt;s</subgt;和信號f<subgt;1</subgt;進行計數，在整個f<subgt;1</subgt;閘門中對信號f<subgt;1</subgt;計數得到n<subgt;1</subgt;，且f<subgt;1</subgt;閘門寬度為信號f<subgt;1</subgt;周期的整數倍，在f<subgt;1</subgt;閘門的上升沿到f<subgt;2</subgt;閘門的下降沿，對參考時鐘f<subgt;s</subgt;計數得到n<subgt;s</subgt;；在f<subgt;2</subgt;閘門的下降沿時讀取f<subgt;1</subgt;閘門的電平狀態，并根據不同的電平狀態計算待測時間間隔Δt。本發明方法簡單易行，測量過程對Δt進行了補償，并通過優化閘門設置和計數方法，有效消除了f<subgt;1</subgt;閘門計數誤差，增加了參考時鐘f<subgt;s</subgt;和信號f<subgt;1</subgt;計數值，進而提高了時間間隔測量精度。

技術研發人員：許川佩,徐乾,吳順端,李文晗,李光雷,熊智源,許贏龍,許傲良
受保護的技術使用者：桂林電子科技大學
技術研發日：
技術公布日：2024/9/29