時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的原理和方法

　　TDC是時(shí)間測(cè)量的基本手段和常用技術(shù)，其測(cè)量原理是將攜帶時(shí)間信息的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(數(shù)字化)，從而完成時(shí)間信息的測(cè)量。目前，實(shí)現(xiàn)TDC的技術(shù)有時(shí)間放大、游標(biāo)卡尺、電流積分、計(jì)數(shù)器、延遲線等多種技術(shù)。利用延遲線法實(shí)現(xiàn)TDC電路采用的是帶鎖相環(huán)的抽頭延遲線，這種方法的好處在于節(jié)省電路資源，同時(shí)可以克服延遲線的變化，確保測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定。圖1顯示了鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)。

　　本文設(shè)計(jì)的TDC組要框架如圖2所示。該電路是以信號(hào)通過(guò)內(nèi)部門(mén)電路的傳播延遲來(lái)進(jìn)行高精度時(shí)間間隔測(cè)量的。它計(jì)算了在一定的時(shí)間間隔內(nèi)START測(cè)量信號(hào)在延時(shí)單元中通過(guò)反相器的個(gè)數(shù)，利用信號(hào)通過(guò)邏輯門(mén)的絕對(duì)時(shí)間延遲來(lái)精確量化時(shí)間間隔。該TDC電路利用了粗計(jì)數(shù)和細(xì)時(shí)間測(cè)量相結(jié)合的方法來(lái)完成一次測(cè)量。當(dāng)STOP信號(hào)有效時(shí)，STOP通道里面的寄存器就會(huì)記錄下STOP信號(hào)進(jìn)入TDC時(shí)START信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器的個(gè)數(shù)。鎖存器里保存的數(shù)據(jù)將作為細(xì)時(shí)間測(cè)量部分的結(jié)果。START信號(hào)和STOP信號(hào)之間的參考時(shí)鐘有效沿的個(gè)數(shù)將作為粗值計(jì)數(shù)器的結(jié)果。對(duì)兩個(gè)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算將完成一次時(shí)間間隔測(cè)量。這個(gè)測(cè)量結(jié)果存在較大的誤差，通常的處理方法是通過(guò)對(duì)TDC電路的校準(zhǔn)來(lái)補(bǔ)償由溫度和電壓變化而引起的誤差。校準(zhǔn)是通過(guò)測(cè)量一個(gè)和兩個(gè)參考時(shí)鐘的時(shí)鐘周期完成的。