基于多级量化的高精度时间数字转换器

本发明属于数模混合信号集成电路，具体涉及一种基于多级量化的高精度时间数字转换器。

背景技术：

1、近年来，高精度时间间隔测量技术在医疗图像扫描技术、锁相环技术和激光雷达成像技术中取得广泛应用。其中，高精度、大动态范围、高转换速率的时间数字转换器是实现高精度时间间隔测量技术的核心。时间数字转换器根据其实现原理可以分为两大类。基于时间电压转换器和模数转换器的模拟实现和基于延时链和环形振荡器的数字实现。其中基于模拟实现的时间数字转换器由于其特性往往很难迁移至先进的cmos工艺，且容易受到温度、噪声的影响以及消耗较大的面积和功耗，同时动态范围的增大会显著恶化其精度和线性度。而数字实现与之相比具有集成度高、面积小、功耗低、电路鲁棒性强等优点，成为目前实现时间数字转换器的主流趋势。

2、基于数字逻辑的时间数字转换器的传统实现方式之一是使用缓冲器或反相器构成的延时链，代表时间长度的脉冲开始信号沿着延时链传输，直到停止信号到来触发d触发器寄存此刻延时链的状态。然而，该传统结构存在的缺点是其分辨率由延时链中的反相器传输延时所限制，且延时单元延时容易受到pvt的影响除非使用dll锁定。为了进一步提高转换器的分辨率，另一种传统方法是采用游标技术，使用由不同延时单元构成的两条延时链，其分辨率为两条延时链中延时单元的延时差。然而，为了覆盖大的动态范围，延迟单元的总数将呈指数增长，对于电路的匹配和面积造成巨大挑战。

3、因此，传统的时间数字转换器对时间的量化效率较低、面积开销较大。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于多级量化的高精度时间数字转换器，可以解决根据当前的区块链网络的分片方法得到的分片结果进行共识时区块链网络的延迟较大、效率较低问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于多级量化的高精度时间数字转换器，包括：

3、计数器，计数器用于对时间信号进行粗量化，得到时间信号包括的参考周期数；

4、开始信号通道，开始信号通道包括第一延时链，开始信号通道用于通过第一延时链对第一剩余时间进行中间量化，得到第一内部周期数；并通过将第一延时链复用为环形振荡器对第一剩余时间进行细量化得到第一余差量化结果；其中，第一剩余时间为时间信号的开始时刻到第一个参考周期的开始时刻之间的时间差值，第一个参考周期为参考时钟信号在时间信号的开始时刻之后的第一个周期；

5、停止信号通道，停止通道包括第二延时链，停止通道用于通过第二延时链对第二剩余时间进行中间量化，得到第二内部周期数；并通过将第二延时链复用为环形振荡器对第二剩余时间进行细量化得到第二余差量化结果；其中，第二剩余时间为时间信号的结束时刻到最后一个参考周期的开始时刻之间的时间差值，最后一个参考周期为参考时钟信号在时间信号的结束时刻之后的第一个周期；

6、开始信号通道还用于向接收端发送参考周期数、第一内部周期数和第一余差量化结果，停止信号通道还用于向接收端发送第二内部周期数和第二余差量化结果，以令接收端根据参考周期数、第一内部周期数、第一余差量化结果、第二内部周期数和第二余差量化结果确定时间信号的长度。

7、本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：根据本发明提供的高精度时间转换器，通过将延时链复用为环形振荡器对余差时间进行细量化，而不是使用两条延时链对时间信号进行量化；能够避免由两条延时链产生的延迟差，从而提高对时间信号的分辨率、减小误差；同时通过对延时链的复用，能够减小面积开销，简化高精度时间转换器的结构。

技术特征：

1.一种基于多级量化的高精度时间数字转换器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高精度时间数字转换器，其特征在于，所述开始信号通道(2)具体用于：

3.根据权利要求1所述的高精度时间数字转换器，其特征在于，所述开始信号通道(2)还包括第一余差提取单元(22)和第一存储单元(23)；

4.根据权利要求3所述的高精度时间数字转换器，其特征在于，所述第一余差提取单元(22)包括：

5.根据权利要求4所述的高精度时间数字转换器，其特征在于，所述第一逻辑信号生成单元(224)还用于在时间信号的开始时刻生成第一参考周期采样信号，并向所述第一插值器和余差提取单元(221)发送所述第一参考周期采样信号，以令所述第一插值器和余差提取单元(221)确定所述时间信号是否在所述参考时钟信号的上半周期到来。

6.根据权利要求5所述的高精度时间数字转换器，其特征在于，所述停止信号通道(3)具体用于：

7.根据权利要求6所述的高精度时间数字转换器，其特征在于，所述停止信号通道(3)还包括第二余差提取单元(32)和第二存储单元(33)；

8.根据权利要求7所述的高精度时间数字转换器，其特征在于，所述第二余差提取单元(32)包括：

9.根据权利要求8所述的高精度时间数字转换器，其特征在于，所述第二逻辑信号生成单元(324)还用于根据所述时间信号生成第二参考周期采样信号，并向所述第二插值器和余差提取单元(321)发送所述第二参考周期采样信号，以令所述第二插值器和余差提取单元(321)确定所述时间信号是否在所述参考时钟信号的上半周期结束。

10.根据权利要求9所述的高精度时间数字转换器，其特征在于，所述第一余差结果包括第一振荡周期数和第一相位编码结果，所述第二余差结果包括第二振荡周期数和第二相位编码结果；

技术总结
本发明公开了一种基于多级量化的高精度时间数字转换器，包括：计数器用于对时间信号进行粗量化得到时间信号包括的参考周期数；开始信号通道用于通过第一延时链对第一剩余时间进行中间量化得到第一内部周期数，并通过将第一延时链复用为环形振荡器对第一剩余时间进行细量化得到第一余差量化结果；停止信号通道通过类似的过程得到第二余差量化结果和第二内部周期数。根据本发明提供的高精度时间转换器，通过将延时链复用为环形振荡器对余差时间进行细量化而不是使用两条延时链对时间信号进行量化；能够避免由两条延时链产生的延迟差，从而提高对时间信号进行量化的效率；同时通过对延时链的复用，能够减小面积开销，简化高精度时间转换器的结构。

技术研发人员：刘阳,平雨晗,胡进,王夏宇,李栋,马瑞,朱樟明
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17