本發(fā)明屬于模數(shù)轉(zhuǎn)換，具體涉及一種高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

1、隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展和工藝尺寸的持續(xù)縮小，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，推動(dòng)了可穿戴設(shè)備、智能家居等諸多應(yīng)用場(chǎng)景的快速發(fā)展。在這些場(chǎng)景下，電子設(shè)備需要在保持正常功能的同時(shí)具有較高的能效，以延長(zhǎng)使用周期。然而，大量用于采集模擬信號(hào)的無線傳感器的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)功耗過大。逐次逼近架構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(successiveapproximation?analog-to-digital?converter，sa?adc)憑借其高度數(shù)字化電路和良好的數(shù)字兼容性，在眾多adc架構(gòu)中脫穎而出，成為近年來的研究熱點(diǎn)。

2、目前采用的時(shí)間域adc往往是電壓-時(shí)間混合域adc，相比純時(shí)間域adc，需要多一級(jí)放大器，產(chǎn)生更多的功耗，并導(dǎo)致線性度變差，精度降低；尤其，電壓-時(shí)間混合域sa?adc中的逐次逼近架構(gòu)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(successive?approximation?time-to-digitalconverter，sa?tdc)所需延時(shí)單元數(shù)量是基于選擇性延時(shí)調(diào)整單元的逐次逼近次時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(successive?approximation?register?time-to-digital?converter，sar?tdc)的兩倍，且由于延時(shí)單元數(shù)量眾多，且存有細(xì)小誤差，致使延時(shí)失調(diào)也較大，所需的決策時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致sa?tdc量化周期長(zhǎng)。換句話說，sa?tdc存在量化效率低且精度不高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、本發(fā)明提供的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：共模電壓轉(zhuǎn)換單元，用于將輸入的差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有時(shí)間差的第一時(shí)間脈沖信號(hào)和第二時(shí)間脈沖信號(hào)；轉(zhuǎn)換選取單元，用于對(duì)所述第一時(shí)間脈沖信號(hào)和所述第二時(shí)間脈沖信號(hào)依次進(jìn)行延時(shí)處理和編碼處理，獲得多個(gè)第一編碼，并從所述第一時(shí)間脈沖信號(hào)、所述第二時(shí)間脈沖信號(hào)以及延時(shí)處理所獲得的多個(gè)延時(shí)脈沖信號(hào)中，選取并輸出第一信號(hào)和第二信號(hào)；其中，所述第一信號(hào)是指所述多個(gè)延時(shí)脈沖信號(hào)和所述第二時(shí)間脈沖信號(hào)中最接近所述第一時(shí)間脈沖信號(hào)的信號(hào)，所述第二信號(hào)是指所述多個(gè)延時(shí)脈沖信號(hào)和所述第一時(shí)間脈沖信號(hào)中最接近所述第二時(shí)間脈沖信號(hào)的信號(hào)；一步多位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)輸入的所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)進(jìn)行連續(xù)量化編碼，輸出多個(gè)第二編碼，并根據(jù)所述多個(gè)第二編碼，通過產(chǎn)生上拉或下拉電流的方式，延長(zhǎng)或縮短所述第一信號(hào)和/或第二信號(hào)的傳輸時(shí)間；量化編碼單元，用于將所述多個(gè)第一編碼和所述多個(gè)第二編碼的格式統(tǒng)一后進(jìn)行組合，得到目標(biāo)量化編碼。

3、本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：針對(duì)現(xiàn)有的sa?tdc存在量化效率低且精度不高的問題，本發(fā)明提出的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用共模電壓轉(zhuǎn)換單元將差分電壓無損耗轉(zhuǎn)換為第一時(shí)間脈沖信號(hào)和第二時(shí)間脈沖信號(hào)，并利用這兩個(gè)信號(hào)在轉(zhuǎn)換選取單元中進(jìn)行量化，生成多個(gè)第一編碼，將轉(zhuǎn)換選取單元輸出的第一信號(hào)和第二信號(hào)輸入一步多位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換單元中進(jìn)行連續(xù)量化編碼，生成多個(gè)第二編碼，該第二編碼用于控制一步多位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)第一信號(hào)和第二信號(hào)執(zhí)行不同長(zhǎng)度的延時(shí)處理，在統(tǒng)一第一編碼和第二編碼的格式并組合輸出后，完成模擬電壓信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的量化轉(zhuǎn)換?；诒景l(fā)明提出的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以起到精準(zhǔn)模擬不同的延時(shí)單元的效果，從而無需增加多個(gè)延時(shí)時(shí)長(zhǎng)值一定的延時(shí)單元；同時(shí)，延時(shí)單元數(shù)量的減少意味著整體電路結(jié)構(gòu)布局復(fù)雜度降低，進(jìn)一步降低電路功耗和面積成本；并且由于延時(shí)單元數(shù)量減少，也降低延時(shí)單元數(shù)量增多引入的誤差，進(jìn)而降低延時(shí)失調(diào)；最后使用一步多位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)第一信號(hào)和第二信號(hào)進(jìn)行連續(xù)量化編碼，可以有效縮短量化時(shí)間并提高高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量化效率和量化精度。

4、以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述一步多位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括：至少一個(gè)一步兩位編碼單元；每個(gè)一步兩位編碼單元包括：第一延時(shí)單元、第二延時(shí)單元、第一緩沖反相單元、第二緩沖反相單元、時(shí)域比較單元、第一組合邏輯單元、第二組合邏輯單元、第一電流控制單元和第二電流控制單元；其中，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一緩沖反相單元包括：第一緩沖器、第一反相器和第二反相器；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二緩沖反相單元包括：第二緩沖器、第三反相器和第四反相器；

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述時(shí)域比較單元包括：第一時(shí)域比較器、第二時(shí)域比較器和第三時(shí)域比較器；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一電流控制單元包括：pmos管mp1、pmos管mp2、pmos管mp3和pmos管mp4，nmos管mn1、nmos管mn2、nmos管mn3和nmos管mn4；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二電流控制單元包括：pmos管mp5、pmos管mp6、pmos管mp7和pmos管mp8，nmos管mn5、nmos管mn6、nmos管mn7和nmos管mn8；其中，

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述時(shí)域比較單元的第三輸出端和所述時(shí)域比較單元的第四輸出端輸出的數(shù)值相反；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一組合邏輯單元的輸出端輸出的數(shù)值和所述第二組合邏輯單元的輸出端輸出的數(shù)值相反；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述差分電壓信號(hào)包括：振幅相同且相位相反的第一脈沖信號(hào)in1和第二脈沖信號(hào)in2；所述共模電壓轉(zhuǎn)換單元包括：三個(gè)開關(guān)ckt、開關(guān)ckd、兩個(gè)采樣電容cs、共模電容ccm、第四時(shí)間域比較器、第五時(shí)間域比較器；其中，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于模數(shù)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，提供了高速兩步式時(shí)間域模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：共模電壓轉(zhuǎn)換單元，用于將差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一、第二時(shí)間脈沖信號(hào)；轉(zhuǎn)換選取單元，用于對(duì)第一、第二時(shí)間脈沖信號(hào)依次進(jìn)行延時(shí)和編碼處理，獲得第一編碼，并從第一、第二時(shí)間脈沖信號(hào)以及延時(shí)處理所獲得的多個(gè)延時(shí)脈沖信號(hào)中選取并輸出第一信號(hào)和第二信號(hào)；一步多位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)第一信號(hào)和第二信號(hào)進(jìn)行連續(xù)量化編碼，輸出第二編碼，并根據(jù)第二編碼，延長(zhǎng)或縮短第一信號(hào)和/或第二信號(hào)的傳輸時(shí)間；量化編碼單元，用于利用第一編碼和第二編碼，得到目標(biāo)量化編碼?；诒景l(fā)明提供的方案可以有效縮短量化時(shí)間、提高量化效率和量化精度。

技術(shù)研發(fā)人員：李登全,顏于博,李德攀,朱樟明,丁瑞雪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/26