一种0.6 V低压两级时间数字转换器

研究了用于超低功耗全数字锁相环(ADPLL)的时间数字转换器(TDC)在近阈值电源电压下的工作原理,提出了一种近阈值电压时间转换器。采用两级量化的TDC,通过时间放大器对量化余量进行放大,实现二次量化。针对TDC低压下的功耗、速度问题,实现了一种增益可扩展的时间放大器,提高了时间分辨率。基于130 nm CMOS工艺的仿真结果表明,两级量化时间数字转换器的分辨率为2.5 ps,动态范围为640 ps,微分非线性(DNL)最大值为0.9 LSB,积分非线性(INL)最大值为2.3 LSB。4倍时间放大器的增益误差为8.2%。     

用于超快光计时的时间数字转换器

设计了一款基于延迟锁定环(DLL)和同步计数器结构的10位片上时间数字转换电路(TDC).采用两步层级设计方法,利用同步计数器进行粗量化输出6位二进制码,量化时钟周期的整数倍,再利用高性能差分DLL输出16路固定相移的时钟信号采样,精量化不足一个时钟周期的部分,输出4位温度计码.该结构可以提供较好的精度、动态范围以及转换速度,与传统的子门延时TDC相比,该结构TDC占用的芯片面积更少,转换速度更高,受工艺、电压及温度影响更少.仿真结果表明:该TDC具有LSB 62.5 ps和MSB 64 ns的动态范围,满足一般与时间相关的单光子计数需要.     

一种12 bit 200 MS/s 低功耗 SAR-TDC ADC北大核心

为了满足低电压条件下高速高精度采样需求，设计了一种电压-时域两级混合结构流水线模数转换器(ADC)。该流水线ADC的第一级逐次逼近型(SAR) ADC将电压转换为8 bit数字，残差电压变换为时域延时信息后，第二级4.5 bit时间数字转换器(TDC)将延时转换，最终校准输出，实现12 bit精度转换。通过采用多电压供电、改进残差电压转移和放大器结构，以及优化时间判决器，提升了ADC的动态性能和采样速度，降低了采样功耗。该ADC基于40 nm CMOS工艺设计和仿真。采样率为200 MS/s时，功耗为9.5 mW,动态指标SNDR、SFDR分别达到68.4 dB、83.6 dB,优值为22 pJ·conv-1·step-1,能够满足低功耗高速采样的应用需求。     

一种高速高能效时域温度传感器

高能效温度传感器在物联网(Internet of thing,IoT)系统中有着极为广泛的应用.提出了一种基于流水线型时间-数字转换器(Time-to-digital converter,TDC)的时域温度传感器,该温度传感器中的TDC电路采用了一种具有高线性度的可编程时间放大器(Programmable-gain t...     

一种自校准高精度时间放大器

提出了一种应用于时间数字转换器的2倍增益自校准时间放大器。该时间放大器能动态调整支路电容的充放电时间,有效提高了增益稳定性。基于65 nm CMOS工艺进行设计,电源电压为1 V。仿真结果表明,在不同温度和工艺角下,动态输入范围可达600 ps,增益误差小于10%。在6级级联的条件下,最小精度为0.46 ps,归一化差分误差为0.15 LSB,归一化绝对误差为0.19 LSB。与传统时间放大器相比,该时间放大器的性能明显改善。     

面向SNSPD系统的可拓展时间抖动测量模块

针对超导纳米线单光子探测器(SNSPD)应用需求的多样化,设计了一款面向SNSPD的可拓展时间抖动测量模块。基于对SNSPD系统时间抖动测量原理的分析,设计了数字化单元、时间数字转换(TDC)单元和现场可编程门阵列(FPGA)单元,实现对SNSPD输出信号的数字化、时间信息测量以及数据读取。对该模块TDC单元的分辨率、线性度和时间精度分别标定,测试结果表明TDC单元的分辨率好于55ps,测量数据呈线性,100ns以内时间精度低于36ps。通过结合实用化SNSPD系统,实现了100ps左右的时间抖动表征,并与商用时间相关单光子计数(TCSPC)模块进行对比,验证了该模块对于SNSPD系统时间抖动测量的可行性。     

时间测量系统(TDC)的原理及实现

车辆与轨道间的作用力是评价车辆运行品质和线路状态的重要因素。研制能够连续精确测量轮轨力的测力轮对装置是非常必要的。由于在对高速动车组轮轨力性能参数的测量中,其温度变化、强电磁场往往会给传统模拟测试系统带来误差。于是,采用了以CMOS技术组成的TDC时间数字测量系统。由TDC的转换原理可知,TDC可在强电磁场下工作,并为数字输出。本文重点讨论了TDC测量原理。不仅如此,也讨论了在工程测量中应变测量的硬件实现和温度偏移、零点偏移的调整。     

一种用于TOF激光雷达的多通道时数转换芯片设计

时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)是一种将连续时间信号转换为数字信号输出的器件,是飞行时间(TOF)激光雷达中的关键部件.在利用计数器粗采样和多相位内插细采样的传统结构上,设计了一种基于相位内插的双级粗细结合型时间数字转换电路,并增加了双回波接收通路来接收多脉冲回波信号,在此基础上设计了一款17通道多路TDC系统芯片.芯片采用CMOS 0.11 μm工艺设计,版图面积为0.6 mm×3 mm.后仿真结果显示,在1.2 V电源下其功耗小于100 mW,单输入精度平均值为51.7 ps,动态范围为3.4 μm,且线性度良好.该TDC芯片适用于飞行时间脉冲激光雷达的信号计时.     

一种用于GFSK信号解调的自校准时间数字转换器

设计了一种用于解调GFSK信号的时间数字转换器(Time Digital Converter,TDC),该时间数字转换器主要由延时链、D触发器、延时校准电路等组成.TDC对中频信号进行采样,将信息从频率信号转换到二进制码.延时校准电路保证延时单元的延时准确.TDC采用TSMC 0.18μm CMOS工艺实现,版图面积为0.08mm2.仿真结果表明,TDC的最大微分非线性为0.07LSB,最大积分非线性为-0.17LSB,功耗0.9mW,最大抗频率失调范围为±350kHz.     

宽带放大器稳定时间的测量

宽带放大器用于仪表、波形合成、数据采集,以及反馈控制系统.为保证这类系统的稳定设计,必须验证高速下的精密运算.这一要求带来了困难的测量挑战.宽带运放具有0.2 mV的偏压直流精度,增益带宽为400MHz,转换速率为2500V/μs(参考文献1).IC设计者要在快速转换速率与短振铃时间之间作出权衡.快速转换放大器一般会延长振铃时间.这种组合使选择放大器和频率补偿工作更加复杂化(见附文1:"对放大器补偿的实际考虑").另外,极快放大器的架构一般会导致折衷,这也会使直流误差指标降级.