时间数字转换器、数字读出电路以及电子装置

本公开的实施例涉及一种时间数字转换器、数字读出电路以及电子装置。

背景技术：

1、基于神经网络的人工智能的兴起，使基于忆阻器的存算一体架构获得了广泛的关注，其通过使用大规模交叉阵列实现存储权重和直接计算的结合，在高算力、高能效上具有很大的优势。

技术实现思路

1、本公开的一些实施例提供一种时间数字转换器，所述时间数字转换器包括：第一量化单元，被配置为对输入的延时信号进行第一量化以得到第一量化结果以及时间残差信号；第二量化单元，被配置为对所述时间残差信号进行第二量化以得到第二量化结果；输出单元，被配置为根据所述第一量化结果以及所述第二量化结果得到所述延时信号对应的目标量化结果，其中，所述第一量化对应于所述目标量化结果的高位部分，所述第二量化对应于所述目标量化结果除所述高位部分之外的低位部分。

2、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述第一量化单元还被配置为使用第一时钟计数信号对输入的所述延时信号进行计数从而进行所述第一量化。

3、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器还包括：第一计数器，被配置为提供所述第一时钟计数信号。

4、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述延时信号基于第一时间脉冲以及第二时间脉冲获取，其中，所述第二时间脉冲相对于所述第一时间脉冲波形具有延迟；所述第一量化单元包括：计数量化子单元，被配置为根据所述第一时间脉冲、所述第二时间脉冲以及基于所述第一时钟计数信号进行计数以得到所述第一量化结果；残差产生子单元，被配置为基于所述延迟脉冲以及所述计数值获取所述延迟脉冲没有被包括在所述第一量化中的未量化部分，将所述未量化部分作为所述时间残差信号输出。

5、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述延时信号为基于所述第一时间脉冲以及所述第二时间脉冲获取的延迟脉冲信号，所述计数量化子单元包括：计数值获取单元，被配置为由所述延迟脉冲信号内所述第一时钟计数信号的第一个上升沿获取第一计数值，对应地由所述延迟脉冲信号后所述第一时钟计数信号的第一个上升沿获取第二计数值；第一减法器，被配置为使用所述第一计数值和所述第二计数值得到所述第一量化结果。

6、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述第二量化单元包括：采样保持子单元，被配置为对所述时间残差信号进行采样以获得待量化残差信号；量化子单元，被配置为对所述待量化残差信号进行量化以得到所述第二量化结果。

7、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述采样保持子单元包括：至少一个电容式数模转换器(cdac)，被配置为将所述时间残差信号转化以得到作为电压信号的待量化残差信号；电流镜子单元，与所述至少一个cdac连接且被配置为根据时间残差信号控制所述至少一个cdac进行无源积分操作以得到所述电压信号；其中，所述量化子单元包括模数转换器，所述模数转换器被配置为将所述电压信号进行转换以得到所述第二量化结果。

8、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述至少一个cdac包括并联在所述电流镜子单元和所述量化子单元之间的两个cdac，所述采样保持子单元还包括分别设置在所述两个cdac与所述电流镜子单元之间的两个开关，其中，所述两个cdac与所述两个开关分别对应地构成能够交替工作的两个第二量化通道。

9、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述采样保持子单元包括：至少一个时间信号放大单元，被配置为将所述时间残差信号进行放大以得到待量化残差信号；至少一个电流镜子单元，与所述时间信号放大单元连接且被配置为根据所述时间残差信号控制所述时间信号放大单元的操作；其中，所述量化子单元还被配置为使用第二时钟计数信号对所述待量化残差信号进行转换以得到第二量化结果。

10、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述至少一个时间信号放大单元为两个时间信号放大单元；所述至少一个电流镜子单元为两个电流镜子单元，与所述两个时间信号放大单元对应地串联；所述采样保持子单元还包括分别连接在所述第一量化单元与所述两个电流镜子单元之间的两个开关，其中，所述两个开关、所述两个电流镜子单元和所述两个时间信号放大单元分别对应地构成能够交替工作的两个第二量化通道。

11、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述量化子单元包括第二减法器，且所述第二减法器配置为对于使用所述第二时钟计数信号对所述待量化残差信号进行计数得到的第三计数值和第四计数值进行减法运算以得到所述第二量化结果。

12、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述量化子单元包括第二计数器，所述第二计数器被配置为根据所述第二时钟计数信号进行计数以得到所述第三计数值和所述第四计数值。

13、例如，在本公开一些实施例提供的一种时间数字转换器中，所述至少一个电流镜子单元被配置为提供第一检测用电流以用于第一充放电操作以及第二检测用电流以用于第二充放电操作；所述时间信号放大单元包括：工作电容，与所述电流镜子单元电连接，以进行所述第一充放电操作或所述第二充放电操作；比较子单元，与所述工作电容以及参考电压电连接，被配置为将所述工作电容中被检测极板的电压与所述参考电压进行比较；控制子单元，被配置为控制电流镜子单元操作，通过所述比较子单元，在所述时间残差信号确定的第一时间段内使得所述第一充放电操作以所述第一检测用电流对所述工作电容中所述被检测极板从所述参考电压充电至第一电压，在第二时间段内使得所述第二充放电操作以所述第二检测用电流对所述工作电容中所述被检测极板从第一电压放电至所述参考电压，以及使用所述第二时间段与所述第一时间段之间的比值获得所述待量化残差信号。

14、本公开一些实施例还提供一种数字读出电路，所述数字读出电路包括多个上述任一实施例所述的时间数字转换器。

15、本公开一些实施例还提供一种电子装置，所述电子装置包括延时计算阵列；如上述任一实施例所述数字读出电路，其中，所述延时计算阵列包括多个输出端口，与所述多个时间数字转换器分别对应连接。

技术特征：

1.一种时间数字转换器，包括：

2.根据权利要求1所述的时间数字转换器，其中，所述第一量化单元还被配置为使用第一时钟计数信号对输入的所述延时信号进行计数从而进行所述第一量化。

3.根据权利要求2所述的时间数字转换器，还包括：

4.根据权利要求2所述的时间数字转换器，其中，所述延时信号基于第一时间脉冲以及第二时间脉冲获取，其中，所述第二时间脉冲相对于所述第一时间脉冲波形具有延迟；

5.根据权利要求4所述的时间数字转换器，其中，所述延时信号为基于所述第一时间脉冲以及所述第二时间脉冲获取的延迟脉冲信号，所述计数量化子单元包括：

6.根据权利要求1-5任一所述的时间数字转换器，其中，所述第二量化单元包括：

7.根据权利要求6所述的时间数字转换器，其中，所述采样保持子单元包括：

8.根据权利要求7所述的时间数字转换器，其中，所述至少一个电容式数模转换器包括并联在所述电流镜子单元和所述量化子单元之间的两个电容式数模转换器，

9.根据权利要求6所述的时间数字转换器，其中，所述采样保持子单元，包括：

10.根据权利要求9所述的时间数字转换器，其中，所述至少一个时间信号放大单元为两个时间信号放大单元；

11.根据权利要求9所述的时间数字转换器，其中，所述量化子单元包括第二减法器，且所述第二减法器配置为对于使用所述第二时钟计数信号对所述待量化残差信号进行计数得到的第三计数值和第四计数值进行减法运算以得到所述第二量化结果。

12.根据权利要求10所述的时间数字转换器，其中，所述量化子单元包括第二计数器，所述第二计数器被配置为根据所述第二时钟计数信号进行计数以得到所述第三计数值和所述第四计数值。

13.根据权利要求9所述的时间数字转换器，其中，

14.一种数字读出电路，包括多个如权利要求1-14任一所述的时间数字转换器。

15.一种电子装置，包括：

技术总结本公开提供一种时间数字转换器、数字读出电路以及电子装置，该时间数字转换器包括第一量化单元、第二量化单元以及输出单元，其中，第一量化单元被配置为对输入的延时信号进行第一量化以得到第一量化结果以及时间残差信号；第二量化单元被配置为对时间残差信号进行第二量化以得到第二量化结果；输出单元被配置为根据第一量化结果以及第二量化结果得到延时信号对应的目标量化结果，其中，第一量化对应于目标量化结果的高位部分，第二量化对应于目标量化结果除高位部分之外的低位部分。该时间数字转换器、数字读出电路以及电子装置能够通过两级量化结构避免全部时间信号通过低位量化转换为数字信号，降低时间数字转换的功耗。技术研发人员：吴华强,郭欣颖,潘思宁,姚鹏,卫松涛,伍冬,揭路,高滨,钱鹤受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/2/6