高精度时间数字转换电路

本发明涉及混合信号集成电路设计，尤其涉及一种高精度时间数字转换电路。

背景技术：

1、激光雷达是一种利用激光脉冲与目标物体的反射来测量距离和速度的设备，广泛的应用于导航、测绘、摇感、军事以及汽车等领域。时间数字转换器作为激光雷达的核心技术之一，是一种可以将模拟信号的时间间隔转换为数字信号的器件，从而实现对飞行时间的精确测量，对于提高系统的精度和克劳形具有重要的意义。

2、时间数字转换器的性能指标主要包括分辨率、精度、线性度、动态范围以及死时间等，他们直接影响了激光雷达的测量精度和可靠性。通用的时间转换器需要输出一个探测事件的信息时间，当信号的计数率较高时将产生海量的冗余数据，耗费较长的传输时间，降低激光雷达的工作效率。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种高精度数字时间转换电路，解决了现有技术中，冗余数据较多，传输时间长，工作效率低的问题，进而实现了粗细计数相结合，在不过分增加电路复杂度的基础上，保证测量结果的精度与工作效率。

2、本发明提供了一种高精度数字时间转换电路，该电路包括依次连接的时钟产生电路以及数据转换电路；

3、所述时钟产生电路用于产生2n路时钟信号；

4、所述数据转换电路包括细计数电路、选择电路以及m个粗计数电路；

5、所述细计数电路用于对所述2n路时钟信号的相位进行采集得到细计数结果；

6、所述m个粗计数电路用于对通过输入信号进行计数，得到粗计数结果；

7、所述选择电路用于将所述细计数结果与所述粗计数结果进行匹配，得到输出值。

8、在一种可能的实现方式中，所述时钟产生电路包括依次连接的锁相环电路以及相位内插电路；

9、所述锁相环电路用于输出n路时钟信号；

10、所述相位内插电路用于将所述n路时钟信号内插为2n路时钟信号。

11、在一种可能的实现方式中，所述锁相环电路包括依次串联的压控振荡器、分频器、鉴频鉴相器、电荷泵以及环路滤波电路；

12、所述压控振荡器用于输出电压信号至所述分频器；

13、所述分频器用于对所述电压信号进行分频，得到反馈信号；

14、所述鉴频鉴相器用于将所述反馈信号与外部输入的时钟信号进行相位比较，得到相位关系；

15、所述电荷泵用于根据所述相位关系，对所述环路滤波电路进行充放电操作，以改变所述环路滤波电路的电压；

16、所述环路滤波电路用于根据充放电改变输入至所述压控振荡器的电压变化值；

17、所述压控振荡器还用于根据所述电压变化值，调整输出电压信号，得到n路时钟信号。

18、在一种可能的实现方式中，所述细计数电路与所述选择电路串联，所述m个粗计数电路与所述选择电路并联；

19、所述m个粗计数电路包括m个计数器电路以及m个启动信号产生电路，所述m个计数器电路与所述m个启动信号产生电路对应串联。

20、在一种可能的实现方式中，所述细计数电路具体用于：

21、根据输入的stop信号的上升沿到来时，利用锁存信号对所述2n路时钟信号进行相位锁存，得到2n个相位值，并根据所述2n个相位值得到所述细计数结果。

22、在一种可能的实现方式中，所述根据所述2n个相位值得到所述细计数结果，包括：

23、当stop信号的上升沿到来时，所述锁存信号变为高电平，控制所述2n路时钟信号不变，所述stop信号对所述2n路时钟信号的相位进行采样，得到所述2n相位值；

24、将所述2n相位值转换为独热码，再将所述独热码转换为所述细计数结果。

25、在一种可能的实现方式中，所述粗计数电路具体用于：

26、根据输入start信号与stop信号之间输入的输入信号的时钟周期数得到所述粗计数结果，其中，所述输入信号包括所述时钟产生电路中的压控振荡器产生的m个相位相反的时钟信号。

27、在一种可能的实现方式中，所述根据输入start信号与stop信号之间输入的输入信号的时钟周期数得到粗计数结果，具体包括：

28、利用所述输入信号产生的时钟对start信号和stop信号进行采样，使得所述输入信号产生的时钟信号的上升沿、所述start信号的上升沿以及所述stop信号的上升沿同步；

29、当所述start信号来到时，pass信号变为高电平使所述输入信号产生的时钟信号通过，所述start信号作用在所述计数器电路上，所述计数器电路计数，得到粗计数结果；

30、当所述stop信号到来时，所述pass信号变为低电平不能使所述输入信号产生的时钟信号通过，所述计数器电路不计数，得到粗计数结果。

31、在一种可能的实现方式中，所述用于将所述细计数结果与所述粗计数结果进行匹配，得到输出值，包括：

32、将所述细计数结果转换为4位二进制的细计数数值，判断所述细计数数值的所属区间；

33、选择在所属区间内无反转的所述m个粗计数电路中的一个粗计数电路的所述粗计数结果作为计数结果，并根据时延作用，对所述计数结果进行处理，得到输出值。

34、在一种可能的实现方式中，所述m个粗计数电路与所述细计数电路的stop信号相同。

35、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

36、本发明通过采用了一种高精度数字时间转换电路，该电路包括依次连接的时钟产生电路以及数据转换电路，时钟产生电路采用能产生多相时钟的环振结构，通过内插电路最终得到多相时钟作为转换电路的输入，使得转换器电路在高精度下也能保持稳定；时钟产生电路用于产生2n路时钟信号；数据转换电路包括细计数电路、选择电路以及m个粗计数电路；细计数电路用于对2n路时钟信号的相位进行采集得到细计数结果；细计数电路对时钟产生电路产生的时钟信号的相位进行采样，转换为细计数结果；m个粗计数电路用于对通过输入信号进行计数，得到粗计数结果；通过多个粗计数电路对输入的信号进行相位的计数，以避免在出现赋值变化的阶段取值不准确；选择电路用于将细计数结果与粗计数结果进行匹配，得到输出值；有效解决了现有技术中，冗余数据较多，传输时间长，工作效率低的问题，进而实现了粗细计数相结合，在不过分增加电路复杂度的基础上，保证测量结果的精度与工作效率。

技术特征：

1.一种高精度数字时间转换电路，其特征在于，包括依次连接的时钟产生电路以及数据转换电路；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述时钟产生电路包括依次连接的锁相环电路以及相位内插电路；

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述锁相环电路包括依次串联的压控振荡器、分频器、鉴频鉴相器、电荷泵以及环路滤波电路；

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述细计数电路与所述选择电路串联，所述m个粗计数电路与所述选择电路并联；

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述细计数电路具体用于：

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述根据所述2n个相位值得到所述细计数结果，包括：

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述粗计数电路具体用于：

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述根据输入start信号与stop信号之间输入的输入信号的时钟周期数得到粗计数结果，具体包括：

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述用于将所述细计数结果与所述粗计数结果进行匹配，得到输出值，包括：

10.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述m个粗计数电路与所述细计数电路的stop信号相同。

技术总结本发明公开了一种高精度数字时间转换电路，涉及混合信号集成电路设计技术领域，解决了现有技术中，冗余数据较多，传输时间长，工作效率低的问题；该电路包括：时钟产生电路用于产生2N路时钟信号；数据转换电路包括细计数电路、选择电路以及M个粗计数电路；细计数电路用于对2N路时钟信号的相位进行采集得到细计数结果；M个粗计数电路用于对通过输入信号进行计数，得到粗计数结果；选择电路用于将细计数结果与粗计数结果进行匹配，得到输出值，进而实现了粗细计数相结合，在不过分增加电路复杂度的基础上，保证测量结果的精度与工作效率。技术研发人员：刘马良,赵天博,罗朋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：2024/1/16