基于时间放大技术的时间数字转换器的设计

本文基于时间放大技术设计了一种两步式的时间数字转换器(TDC),可应用于高精度的飞行测量领域。本设计采用SMIC 55 nm CMOS工艺,采用环形延时TDC作为粗量化电路,采用游标式TDC作为细量化电路。游标式TDC的精度受到延时失配限制,导致在设计时难以突破更高精度的要求。时间放大器通过放大粗量化产生的时间余量,并继续进行第二次细量化,降低了细量化电路的设计难度。针对传统时间放大器输入范围有限以及放大精确度不足的弊端,提出一种新的时间放大器结构,具有精确放大宽范围输入时间间隔的能力。仿真结果表明,采用该种时间放大器的TDC可实现的分辨率为3.7 ps,测量范围为80 ns,微分非线性(DNL)为0.73 LSB,积分非线性(INL)为0.95 LSB,该设计能够在高线性度下更好地兼顾TDC的分辨率与测量范围。     

一种用于TDC的低功耗多相时钟生成电路北大核心

在无人机3D地形测绘中，作为核心模块的时间数字转换器(TDC)需要具有远距离测量能力和高测量分辨率。基于对测距系统的长续航、公里级测距能力和厘米级测量精度的综合考量，文章设计了一种用于TDC的低功耗多相位时钟生成电路。采用了伪差分环形压控振荡器，通过优化交叉耦合结构，在保证低功耗的前提下，提升了信号边缘的斜率，增强了时钟的抖动性能和对电源噪声的抑制能力。在电荷泵设计中，通过对环路带宽的考量选取了极低的偏置电流，在进一步降低功耗的同时缩小了环路滤波器的面积。基于SMIC 180 nm CMOS工艺完成了对多相时钟生成电路的设计。仿真结果表明，在400 MHz的输出频率下，环路带宽稳定在1 MHz。该电路在不同工艺角下均能达到较快的锁定速度，相位噪声为-88 dBc@1 MHz,功耗为1 mW,均方根抖动为27 ps,满足厘米级测距的精度需求。