专利名称：一种用于时间数字转换器的相位检测电路的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路设计领域，特别涉及一种用于时间数字转换器的相位检测电路。
背景技术：
时间数字转换器(Time Digital Converter，TDC)，是一种时间测量的常用电路，主要计算参考信号到事件发生的时间及两个脉冲间的时间间隔，将时间的间隔直接转化为高精度的数字值，并实现数字输出。目前已被广泛应用于电子领域，如用于全数字锁相环ADPLL中，提高其测试器件和信号的时间特性。近几年，最受关注的TDC是使用高速CMOS数字电路的结构，主要原因是被测试信号能实现较高的时间精度。对TDC精确度进行研究，将有利于TDC的应用和质量保证。图1为一种传统的用于ADPLL中的时间数字转换器的结构，主要包括以下几个部分组成:32个D触发器，32个相位检测模块，两个5位译码器，一个5位加法器，一个6位计数器和一些或门。下列简要介绍TDC的工作原理:
(I)脉宽的测量原理
32个D触发器对相位差脉冲信号PUL进行采样，而控制32个D触发器采样的时钟由外部电路环形振荡器(Free-Running Ring Oscillator, FRO)提供，FRO提供32个具有恒等相位差的采样时钟信号，连续的两个采样时钟的时间间隔为Λ，如果相位差PUL信号在采样时钟的上升沿处为高电平，则相应D触发器采到的值为“I”。每隔Λ的时间间隔就会有一个D触发器对PUL进行采样，就可以用采到的“I”的个数代表PUL信号的脉宽。如果相位检测模块的输入QimQnQm=OII,就代表PUL的上升沿到来，相对应的相位检测模块就会用一个信号记录此时的采样时钟数“η”。当QshQmQsw=IOO,代表PUL的下降沿到来，那么相对应的相位检测模块就也用一个信号记录此时的“m”。里面的逻辑模块将会分两个部分记录两个沿之间“I”的个数，第一部分记录PUL上升沿处采样时钟信号采到“I”的次数r ;第二部分是记录PUL上升沿位置到下降沿位置采样时钟的差值，即为(m-n)。“I”的总个数为两部分之和，即PUL高电平的宽度为(r+m-n) Λ。( 2)时间到数字的转化原理:
先对相位检测模块模块产生的起始位置记录信号s和结束位置记录信号e进行编码，再用一个加法器计算其差值，完成上面提到的第二部分计算。而当前记录信号c用来触发一个计数器，得到第一部分计算。但是要注意此时的c触发的计数器的一个“I”代表32，所以作为最后二进制数的高5位。最后两部分组合就得到所需要的由时间到数字转换的二进制数。图2为传统的TDC内部相位检测电路结构，当TDC工作时，相位脉冲信号PUL的上升沿到来时，则相位 检测模块的输入信号ABC=Oll, T触发器2在相应的时钟控制信号下会产生一个持续的高电平信号S，记录相应的相位脉冲信号的上升沿；同样，当相位脉冲信号PUL的下降沿到来时，则相位检测模块的输入信号ABC=100，T触发器3在相应的时钟控制信号下会产生一个持续高电平信号e，记录相应的相位脉冲下降沿。相应的高电平会一直持续，直到下一个相位脉冲信号PUL到来，被这个相位检测模块再次检测到，高电平才会变为低电平。这种情况对于后面的译码电路的输入(s[31:0]或e[31:0])来说，会有同时出现多个高电平的时候，带来更复杂的输入情况，这样将给数字译码电路带来设计编程上的困难，同时也会增加电路的面积，并影响时间数字转换的精度。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，特别针对现有时间数字转换器相位检测电路的输出信号持续高电平的问题，提出一种用于时间数字转换器的相位检测电路。所述电路的输出信号是一个单位时钟宽度的脉冲，从而降低了后续译码电路的设计难度。本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案:一种用于时间数字转换器的相位检测电路，所述相位检测电路在现有时间数字转换器相位检测电路的输出端加入上升沿检测电路，所述上升沿检测电路，对一个持续的高电平进行上升沿采样，进而产生一个单位时钟宽度的脉冲信号，使得后续的译码电路的设计变得更简单，进而减小电路的面积，实现时间数字转化的功能。所述上升沿检测电路包含三个D触发器、一个非门和一个与门；在时钟信号的控制下，第一 D触发器对输入的上升沿信号采样，第二 D触发器对第一 D触发器输出信号采样，第三D触发器对第二 D触发器输出信号进行采样，第三D触发器输出信号经过非门取反后和第二 D触发器输出信号一起输入与门，与门的输出信号即为一个单位时钟宽度的脉冲。本发明的有益效果是:本发明提供了一种用于时间数字转换器的相位检测电路。所述相位检测电路在传统的相位检测电路中加入上升沿检测电路，上升沿检测电路将持续的高电平经过连续两次采样，得到一个单位时钟宽度的脉冲，使得后续的译码电路的32个输入端口在任何时刻都只有其中一个端口为高电平，从而降低译码电路的设计难度，减小了电路的面积，提高了电路的性能和时数转换的精准度。本发明相位检测电路非常简单而易于实现，具有很好的应用前景。
图1是传统TDC的结构。图2是传统TDC结构中的相位检测电路。图3是传统相位检测电路加入上升沿检测模块的电路结构。图4是上升沿检测模块的结构。图5是上升沿检测模块的仿真波形图。图6是加入了改进相位检测电路的时间数字转换器的仿真波形。图7是整个时间数字转换器的结果仿真波形。
具体实施例方式
下面结合附图，进一步具体说明本发明一种用于时间数字转换器的相位检测电路。
如图3所示，本发明一种时间数字转换器用相位检测电路，在传统相位检测电路中加入上升沿检测电路:输入信号A，B，C为三个连续相位采样信号，经过传统相位检测电路生成相应的脉冲当前记录信号C、脉冲起始位置记录信号S、脉冲结束位置记录信号EJM此时的S记录信号和E记录信号为持续的上升沿信号，将它们送入两个相同结构的上升沿检测模块生成相应的单位时钟宽度的脉冲起始位置记录信号s和结束位置记录信号e。图4为上升沿检测电路结构图，它的工作原理为:由D触发器I在时钟的控制下对上升沿UP信号进行采样，输出为UP_1信号，D触发器2对UP_1信号进行采样，输出为UP_2，D触发器3对UP_2信号进行采样，输出为UP_3 ；UP_3取反后再与UP_2相与，接一个与门，与门的输出为Reg_UP信号，即为一个单位时钟宽度的脉冲宽度。波形仿真图如图5所示。整个新相位检测模块的工作过程为:当相位脉冲上升沿到来时，即输入信号ABC=Oll，与门I输出高电平“ I ”，在时钟信号下降沿到来时送至T触发器I和T触发器2，使得在下一时钟信号下降沿处这两个T触发器的输出变为“I”。这种情况意味着，从低电平跳变到高电平，S信号变为高电平逻辑“ 1”，持续的高电平S经过上升沿检测模块后，将产生一个单位时钟宽度的脉冲信号S，代表检测到相位脉冲起始位置；当相位脉冲下降沿到来时，ABC = 100，T触发器3的输出在下一个时钟信号上升沿到来时将跳变为高电平，E信号也将变为高电平，持续的高电平E经过上升沿检测模块后，也将产生一个单位时钟宽度的脉冲信号e，代表检测到相位结束位置。图6为新的相位检测模块在时间数字转换器中的运用的波形仿真图，如图所示:相位脉冲信号PUL到来后，它的上升沿被第26个D触发器(图1中的D触发器25)检测到，则S会产生一个由低到高的持续高电平，送入上升沿检测模块中，从而被连续的3个D触发器采样，进而得到单位时钟宽度的脉冲信号S，代表PUL的起始位置被记录。图7为整个时间数字转换器的仿真结果图，PUL为相位差脉冲信号，Out[10:0]为整个TDC的输出大小，即为相位脉冲信号宽度的二进制数表示法。仿真波形图中，连续采样时钟间隔Λ =62.5ns，第一个PUL的实际宽度PULs=3750ns，而测试得到的宽度PULc=60X62.5ns=3750ns,即 PULc=PULs。
综上所述，本发明提供的一种时间数字转换器用相位检测电路，通过在传统相位检测电路后面加入上升沿检测电路，将持续的高电平转化为一个单位时钟宽度的脉冲信号，更方便地记录相位脉冲信号的起始位置和结束位置，从而降低了后续的译码电路的设计，减小了电路的面积，进而提高了时数转化的准确性。对该技术领域的普通技术人员而言，根据以上实施类可以很容易联想其他的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述具体实例，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员根据上述具体实例通过各种等同替换所得到 的技术方案，均应包含在本发明的权利要求范围及其等同范围之内。
权利要求
1.一种用于时间数字转换器的相位检测电路，其特征在于，所述相位检测电路是在现有时间数字转换器相位检测电路的输出端加入上升沿检测电路，所述上升沿检测电路，对一个持续的高电平进行上升沿采样，进而产生一个单位时钟宽度的脉冲信号。
2.如权利要求1所述的一种用于时间数字转换器的相位检测电路，其特征在于，所述上升沿检测电路包含三个D触发器、一个非门和一个与门；在时钟信号的控制下，第一 D触发器对输入的上升沿信号采样，第二 D触发器对第一 D触发器输出信号采样，第三D触发器对第二 D触发器输出信号进行采样，第三D触发器输出信号经过非门取反后和第二 D触发器输出信号一起输入 与门，与门的输出信号即为一个单位时钟宽度的脉冲。
全文摘要
本发明提供了一种用于时间数字转换器的相位检测电路。所述相位检测电路在传统的相位检测电路中加入上升沿检测电路，上升沿检测电路将持续的高电平经过连续两次采样，得到一个单位时钟宽度的脉冲，使得后续的译码电路的32个输入端口在任何时刻都只有其中一个端口为高电平，从而降低译码电路的设计难度，减小了电路的面积，提高了电路的性能和时数转换的精准度。本发明相位检测电路非常简单而易于实现，具有很好的应用前景。
文档编号H03L7/085GK103227639SQ20131014274
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者张长春, 张陆, 李卫, 郭宇锋, 方玉明 申请人:南京邮电大学