高速两步式时间域模数转换器

本发明属于模数转换，具体涉及一种高速两步式时间域模数转换器。

背景技术：

1、随着大规模集成电路的发展和工艺尺寸的持续缩小，物联网技术得到了蓬勃的发展，推动了可穿戴设备、智能家居等诸多应用场景的快速发展。在这些场景下，电子设备需要在保持正常功能的同时具有较高的能效，以延长使用周期。然而，大量用于采集模拟信号的无线传感器的应用会导致整个系统功耗过大。逐次逼近架构的模数转换器(successiveapproximation analog-to-digital converter，sa adc)凭借其高度数字化电路和良好的数字兼容性，在众多adc架构中脱颖而出，成为近年来的研究热点。

2、目前采用的时间域adc往往是电压-时间混合域adc，相比纯时间域adc，需要多一级放大器，产生更多的功耗，并导致线性度变差，精度降低；尤其，电压-时间混合域sa adc中的逐次逼近架构时间数字转换器(successive approximation time-to-digitalconverter，sa tdc)所需延时单元数量是基于选择性延时调整单元的逐次逼近次时间数字转换器(successive approximation register time-to-digital converter，sar tdc)的两倍，且由于延时单元数量众多，且存有细小误差，致使延时失调也较大，所需的决策时间较长，导致sa tdc量化周期长。换句话说，sa tdc存在量化效率低且精度不高的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种高速两步式时间域模数转换器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供的高速两步式时间域模数转换器，包括：共模电压转换单元，用于将输入的差分电压信号转换为具有时间差的第一时间脉冲信号和第二时间脉冲信号；转换选取单元，用于对所述第一时间脉冲信号和所述第二时间脉冲信号依次进行延时处理和编码处理，获得多个第一编码，并从所述第一时间脉冲信号、所述第二时间脉冲信号以及延时处理所获得的多个延时脉冲信号中，选取并输出第一信号和第二信号；其中，所述第一信号是指所述多个延时脉冲信号和所述第二时间脉冲信号中最接近所述第一时间脉冲信号的信号，所述第二信号是指所述多个延时脉冲信号和所述第一时间脉冲信号中最接近所述第二时间脉冲信号的信号；一步多位逐次逼近型模数转换单元，用于对输入的所述第一信号和所述第二信号进行连续量化编码，输出多个第二编码，并根据所述多个第二编码，通过产生上拉或下拉电流的方式，延长或缩短所述第一信号和/或第二信号的传输时间；量化编码单元，用于将所述多个第一编码和所述多个第二编码的格式统一后进行组合，得到目标量化编码。

3、本发明具有如下有益技术效果：针对现有的sa tdc存在量化效率低且精度不高的问题，本发明提出的高速两步式时间域模数转换器，使用共模电压转换单元将差分电压无损耗转换为第一时间脉冲信号和第二时间脉冲信号，并利用这两个信号在转换选取单元中进行量化，生成多个第一编码，将转换选取单元输出的第一信号和第二信号输入一步多位逐次逼近型模数转换单元中进行连续量化编码，生成多个第二编码，该第二编码用于控制一步多位逐次逼近型模数转换单元对第一信号和第二信号执行不同长度的延时处理，在统一第一编码和第二编码的格式并组合输出后，完成模拟电压信号向数字信号的量化转换。基于本发明提出的高速两步式时间域模数转换器，可以起到精准模拟不同的延时单元的效果，从而无需增加多个延时时长值一定的延时单元；同时，延时单元数量的减少意味着整体电路结构布局复杂度降低，进一步降低电路功耗和面积成本；并且由于延时单元数量减少，也降低延时单元数量增多引入的误差，进而降低延时失调；最后使用一步多位逐次逼近型模数转换单元对第一信号和第二信号进行连续量化编码，可以有效缩短量化时间并提高高速两步式时间域模数转换器的量化效率和量化精度。

4、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，所述一步多位逐次逼近型模数转换单元包括：至少一个一步两位编码单元；每个一步两位编码单元包括：第一延时单元、第二延时单元、第一缓冲反相单元、第二缓冲反相单元、时域比较单元、第一组合逻辑单元、第二组合逻辑单元、第一电流控制单元和第二电流控制单元；其中，

3.根据权利要求2所述的高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，所述第一缓冲反相单元包括：第一缓冲器、第一反相器和第二反相器；

4.根据权利要求2所述的高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，所述第二缓冲反相单元包括：第二缓冲器、第三反相器和第四反相器；

5.根据权利要求2所述的高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，所述时域比较单元包括：第一时域比较器、第二时域比较器和第三时域比较器；

6.根据权利要求2所述的高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，所述第一电流控制单元包括：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.根据权利要求2所述的高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，所述第二电流控制单元包括：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.根据权利要求6所述的高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，所述时域比较单元的第三输出端和所述时域比较单元的第四输出端输出的数值相反；

9.根据权利要求7所述的高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，所述第一组合逻辑单元的输出端输出的数值和所述第二组合逻辑单元的输出端输出的数值相反；

10.根据权利要求1所述的高速两步式时间域模数转换器，其特征在于，所述差分电压信号包括：振幅相同且相位相反的第一脉冲信号in1和第二脉冲信号in2；所述共模电压转换单元包括：三个开关ckt、开关ckd、两个采样电容cs、共模电容ccm、第四时间域比较器、第五时间域比较器；其中，

技术总结本发明适用于模数转换领域，提供了高速两步式时间域模数转换器，包括：共模电压转换单元，用于将差分电压信号转换为第一、第二时间脉冲信号；转换选取单元，用于对第一、第二时间脉冲信号依次进行延时和编码处理，获得第一编码，并从第一、第二时间脉冲信号以及延时处理所获得的多个延时脉冲信号中选取并输出第一信号和第二信号；一步多位逐次逼近型模数转换单元，用于对第一信号和第二信号进行连续量化编码，输出第二编码，并根据第二编码，延长或缩短第一信号和/或第二信号的传输时间；量化编码单元，用于利用第一编码和第二编码，得到目标量化编码。基于本发明提供的方案可以有效缩短量化时间、提高量化效率和量化精度。技术研发人员：李登全,颜于博,李德攀,朱樟明,丁瑞雪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：2024/9/26