專利名稱：一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相位檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相位檢測(cè)電路。
背景技術(shù)：
時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time Digital Converter，TDC)，是一種時(shí)間測(cè)量的常用電路，主要計(jì)算參考信號(hào)到事件發(fā)生的時(shí)間及兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔，將時(shí)間的間隔直接轉(zhuǎn)化為高精度的數(shù)字值，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸出。目前已被廣泛應(yīng)用于電子領(lǐng)域，如用于全數(shù)字鎖相環(huán)ADPLL中，提高其測(cè)試器件和信號(hào)的時(shí)間特性。近幾年，最受關(guān)注的TDC是使用高速CMOS數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)，主要原因是被測(cè)試信號(hào)能實(shí)現(xiàn)較高的時(shí)間精度。對(duì)TDC精確度進(jìn)行研究，將有利于TDC的應(yīng)用和質(zhì)量保證。圖1為一種傳統(tǒng)的用于ADPLL中的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)，主要包括以下幾個(gè)部分組成:32個(gè)D觸發(fā)器，32個(gè)相位檢測(cè)模塊，兩個(gè)5位譯碼器，一個(gè)5位加法器，一個(gè)6位計(jì)數(shù)器和一些或門。下列簡要介紹TDC的工作原理:
(I)脈寬的測(cè)量原理
32個(gè)D觸發(fā)器對(duì)相位差脈沖信號(hào)PUL進(jìn)行采樣，而控制32個(gè)D觸發(fā)器采樣的時(shí)鐘由外部電路環(huán)形振蕩器(Free-Running Ring Oscillator, FRO)提供，F(xiàn)RO提供32個(gè)具有恒等相位差的采樣時(shí)鐘信號(hào)，連續(xù)的兩個(gè)采樣時(shí)鐘的時(shí)間間隔為Λ，如果相位差PUL信號(hào)在采樣時(shí)鐘的上升沿處為高電平，則相應(yīng)D觸發(fā)器采到的值為“I”。每隔Λ的時(shí)間間隔就會(huì)有一個(gè)D觸發(fā)器對(duì)PUL進(jìn)行采樣，就可以用采到的“I”的個(gè)數(shù)代表PUL信號(hào)的脈寬。如果相位檢測(cè)模塊的輸入QimQnQm=OII,就代表PUL的上升沿到來，相對(duì)應(yīng)的相位檢測(cè)模塊就會(huì)用一個(gè)信號(hào)記錄此時(shí)的采樣時(shí)鐘數(shù)“η”。當(dāng)QshQmQsw=IOO,代表PUL的下降沿到來，那么相對(duì)應(yīng)的相位檢測(cè)模塊就也用一個(gè)信號(hào)記錄此時(shí)的“m”。里面的邏輯模塊將會(huì)分兩個(gè)部分記錄兩個(gè)沿之間“I”的個(gè)數(shù)，第一部分記錄PUL上升沿處采樣時(shí)鐘信號(hào)采到“I”的次數(shù)r ;第二部分是記錄PUL上升沿位置到下降沿位置采樣時(shí)鐘的差值，即為(m-n)。“I”的總個(gè)數(shù)為兩部分之和，即PUL高電平的寬度為(r+m-n) Λ。( 2)時(shí)間到數(shù)字的轉(zhuǎn)化原理:
先對(duì)相位檢測(cè)模塊模塊產(chǎn)生的起始位置記錄信號(hào)s和結(jié)束位置記錄信號(hào)e進(jìn)行編碼，再用一個(gè)加法器計(jì)算其差值，完成上面提到的第二部分計(jì)算。而當(dāng)前記錄信號(hào)c用來觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)器，得到第一部分計(jì)算。但是要注意此時(shí)的c觸發(fā)的計(jì)數(shù)器的一個(gè)“I”代表32，所以作為最后二進(jìn)制數(shù)的高5位。最后兩部分組合就得到所需要的由時(shí)間到數(shù)字轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)。圖2為傳統(tǒng)的TDC內(nèi)部相位檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)TDC工作時(shí)，相位脈沖信號(hào)PUL的上升沿到來時(shí)，則相位 檢測(cè)模塊的輸入信號(hào)ABC=Oll, T觸發(fā)器2在相應(yīng)的時(shí)鐘控制信號(hào)下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的高電平信號(hào)S，記錄相應(yīng)的相位脈沖信號(hào)的上升沿；同樣，當(dāng)相位脈沖信號(hào)PUL的下降沿到來時(shí)，則相位檢測(cè)模塊的輸入信號(hào)ABC=100，T觸發(fā)器3在相應(yīng)的時(shí)鐘控制信號(hào)下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)高電平信號(hào)e，記錄相應(yīng)的相位脈沖下降沿。相應(yīng)的高電平會(huì)一直持續(xù)，直到下一個(gè)相位脈沖信號(hào)PUL到來，被這個(gè)相位檢測(cè)模塊再次檢測(cè)到，高電平才會(huì)變?yōu)榈碗娖健＿@種情況對(duì)于后面的譯碼電路的輸入(s[31:0]或e[31:0])來說，會(huì)有同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)高電平的時(shí)候，帶來更復(fù)雜的輸入情況，這樣將給數(shù)字譯碼電路帶來設(shè)計(jì)編程上的困難，同時(shí)也會(huì)增加電路的面積，并影響時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，特別針對(duì)現(xiàn)有時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器相位檢測(cè)電路的輸出信號(hào)持續(xù)高電平的問題，提出一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相位檢測(cè)電路。所述電路的輸出信號(hào)是一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖，從而降低了后續(xù)譯碼電路的設(shè)計(jì)難度。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相位檢測(cè)電路，所述相位檢測(cè)電路在現(xiàn)有時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器相位檢測(cè)電路的輸出端加入上升沿檢測(cè)電路，所述上升沿檢測(cè)電路，對(duì)一個(gè)持續(xù)的高電平進(jìn)行上升沿采樣，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖信號(hào)，使得后續(xù)的譯碼電路的設(shè)計(jì)變得更簡單，進(jìn)而減小電路的面積，實(shí)現(xiàn)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)化的功能。所述上升沿檢測(cè)電路包含三個(gè)D觸發(fā)器、一個(gè)非門和一個(gè)與門；在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，第一 D觸發(fā)器對(duì)輸入的上升沿信號(hào)采樣，第二 D觸發(fā)器對(duì)第一 D觸發(fā)器輸出信號(hào)采樣，第三D觸發(fā)器對(duì)第二 D觸發(fā)器輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，第三D觸發(fā)器輸出信號(hào)經(jīng)過非門取反后和第二 D觸發(fā)器輸出信號(hào)一起輸入與門，與門的輸出信號(hào)即為一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相位檢測(cè)電路。所述相位檢測(cè)電路在傳統(tǒng)的相位檢測(cè)電路中加入上升沿檢測(cè)電路，上升沿檢測(cè)電路將持續(xù)的高電平經(jīng)過連續(xù)兩次采樣，得到一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖，使得后續(xù)的譯碼電路的32個(gè)輸入端口在任何時(shí)刻都只有其中一個(gè)端口為高電平，從而降低譯碼電路的設(shè)計(jì)難度，減小了電路的面積，提高了電路的性能和時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換的精準(zhǔn)度。本發(fā)明相位檢測(cè)電路非常簡單而易于實(shí)現(xiàn)，具有很好的應(yīng)用前景。


圖1是傳統(tǒng)TDC的結(jié)構(gòu)。圖2是傳統(tǒng)TDC結(jié)構(gòu)中的相位檢測(cè)電路。圖3是傳統(tǒng)相位檢測(cè)電路加入上升沿檢測(cè)模塊的電路結(jié)構(gòu)。圖4是上升沿檢測(cè)模塊的結(jié)構(gòu)。圖5是上升沿檢測(cè)模塊的仿真波形圖。圖6是加入了改進(jìn)相位檢測(cè)電路的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的仿真波形。圖7是整個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)果仿真波形。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步具體說明本發(fā)明一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相位檢測(cè)電路。
如圖3所示，本發(fā)明一種時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器用相位檢測(cè)電路，在傳統(tǒng)相位檢測(cè)電路中加入上升沿檢測(cè)電路:輸入信號(hào)A，B，C為三個(gè)連續(xù)相位采樣信號(hào)，經(jīng)過傳統(tǒng)相位檢測(cè)電路生成相應(yīng)的脈沖當(dāng)前記錄信號(hào)C、脈沖起始位置記錄信號(hào)S、脈沖結(jié)束位置記錄信號(hào)EJM此時(shí)的S記錄信號(hào)和E記錄信號(hào)為持續(xù)的上升沿信號(hào)，將它們送入兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的上升沿檢測(cè)模塊生成相應(yīng)的單位時(shí)鐘寬度的脈沖起始位置記錄信號(hào)s和結(jié)束位置記錄信號(hào)e。圖4為上升沿檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)圖，它的工作原理為:由D觸發(fā)器I在時(shí)鐘的控制下對(duì)上升沿UP信號(hào)進(jìn)行采樣，輸出為UP_1信號(hào)，D觸發(fā)器2對(duì)UP_1信號(hào)進(jìn)行采樣，輸出為UP_2，D觸發(fā)器3對(duì)UP_2信號(hào)進(jìn)行采樣，輸出為UP_3 ；UP_3取反后再與UP_2相與，接一個(gè)與門，與門的輸出為Reg_UP信號(hào)，即為一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖寬度。波形仿真圖如圖5所示。整個(gè)新相位檢測(cè)模塊的工作過程為:當(dāng)相位脈沖上升沿到來時(shí)，即輸入信號(hào)ABC=Oll，與門I輸出高電平“ I ”，在時(shí)鐘信號(hào)下降沿到來時(shí)送至T觸發(fā)器I和T觸發(fā)器2，使得在下一時(shí)鐘信號(hào)下降沿處這兩個(gè)T觸發(fā)器的輸出變?yōu)椤癐”。這種情況意味著，從低電平跳變到高電平，S信號(hào)變?yōu)楦唠娖竭壿嫛?1”，持續(xù)的高電平S經(jīng)過上升沿檢測(cè)模塊后，將產(chǎn)生一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖信號(hào)S，代表檢測(cè)到相位脈沖起始位置；當(dāng)相位脈沖下降沿到來時(shí)，ABC = 100，T觸發(fā)器3的輸出在下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)上升沿到來時(shí)將跳變?yōu)楦唠娖剑珽信號(hào)也將變?yōu)楦唠娖?，持續(xù)的高電平E經(jīng)過上升沿檢測(cè)模塊后，也將產(chǎn)生一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖信號(hào)e，代表檢測(cè)到相位結(jié)束位置。圖6為新的相位檢測(cè)模塊在時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的運(yùn)用的波形仿真圖，如圖所示:相位脈沖信號(hào)PUL到來后，它的上升沿被第26個(gè)D觸發(fā)器(圖1中的D觸發(fā)器25)檢測(cè)到，則S會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由低到高的持續(xù)高電平，送入上升沿檢測(cè)模塊中，從而被連續(xù)的3個(gè)D觸發(fā)器采樣，進(jìn)而得到單位時(shí)鐘寬度的脈沖信號(hào)S，代表PUL的起始位置被記錄。圖7為整個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果圖，PUL為相位差脈沖信號(hào)，Out[10:0]為整個(gè)TDC的輸出大小，即為相位脈沖信號(hào)寬度的二進(jìn)制數(shù)表示法。仿真波形圖中，連續(xù)采樣時(shí)鐘間隔Λ =62.5ns，第一個(gè)PUL的實(shí)際寬度PULs=3750ns，而測(cè)試得到的寬度PULc=60X62.5ns=3750ns,即 PULc=PULs。
綜上所述，本發(fā)明提供的一種時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器用相位檢測(cè)電路，通過在傳統(tǒng)相位檢測(cè)電路后面加入上升沿檢測(cè)電路，將持續(xù)的高電平轉(zhuǎn)化為一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖信號(hào)，更方便地記錄相位脈沖信號(hào)的起始位置和結(jié)束位置，從而降低了后續(xù)的譯碼電路的設(shè)計(jì)，減小了電路的面積，進(jìn)而提高了時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化的準(zhǔn)確性。對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，根據(jù)以上實(shí)施類可以很容易聯(lián)想其他的優(yōu)點(diǎn)和變形。因此，本發(fā)明并不局限于上述具體實(shí)例，其僅僅作為例子對(duì)本發(fā)明的一種形態(tài)進(jìn)行詳細(xì)、示范性的說明。在不背離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)上述具體實(shí)例通過各種等同替換所得到 的技術(shù)方案，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍及其等同范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相位檢測(cè)電路，其特征在于，所述相位檢測(cè)電路是在現(xiàn)有時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器相位檢測(cè)電路的輸出端加入上升沿檢測(cè)電路，所述上升沿檢測(cè)電路，對(duì)一個(gè)持續(xù)的高電平進(jìn)行上升沿采樣，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相位檢測(cè)電路，其特征在于，所述上升沿檢測(cè)電路包含三個(gè)D觸發(fā)器、一個(gè)非門和一個(gè)與門；在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，第一 D觸發(fā)器對(duì)輸入的上升沿信號(hào)采樣，第二 D觸發(fā)器對(duì)第一 D觸發(fā)器輸出信號(hào)采樣，第三D觸發(fā)器對(duì)第二 D觸發(fā)器輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，第三D觸發(fā)器輸出信號(hào)經(jīng)過非門取反后和第二 D觸發(fā)器輸出信號(hào)一起輸入 與門，與門的輸出信號(hào)即為一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相位檢測(cè)電路。所述相位檢測(cè)電路在傳統(tǒng)的相位檢測(cè)電路中加入上升沿檢測(cè)電路，上升沿檢測(cè)電路將持續(xù)的高電平經(jīng)過連續(xù)兩次采樣，得到一個(gè)單位時(shí)鐘寬度的脈沖，使得后續(xù)的譯碼電路的32個(gè)輸入端口在任何時(shí)刻都只有其中一個(gè)端口為高電平，從而降低譯碼電路的設(shè)計(jì)難度，減小了電路的面積，提高了電路的性能和時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換的精準(zhǔn)度。本發(fā)明相位檢測(cè)電路非常簡單而易于實(shí)現(xiàn)，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H03L7/085GK103227639SQ20131014274
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者張長春, 張陸, 李衛(wèi), 郭宇鋒, 方玉明 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)