[发明专利]时间数字转换器和时间间隔测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及时间测量领域，具体而言，涉及一种时间数字转换器和时间间隔测量方法。

背景技术

时间间隔测量在信息技术领域有着非常广泛的应用，多种物理量都可以通过一定的方法转换为时间量，而时间数字转换器（Time to Digital Converter，简称TDC)可以将时间量转换为数字量，达到用计算机处理各种物理量的目的，可用在超声波流量计、激光测距仪、超声波密度仪等多种设备中。

时间数字转换器的主要设计指标包括：时间测量精度和时间测量范围。时间测量精度影响量化分辨率，时间测量范围影响时间数字转换器的应用范围。差分链是一种常用的提高时间测量精度的方法，通过对不同时间延迟的两个延迟单元做差分，可以得到小于单个门级延迟的测量精度。

相关技术中公开了一种使用环形差分链的时间数字转换器，此种时间数字转换器测量时需要在开机信号和结束信号进入的两个阶段分别记录粗值计数、细值计数、圈内位置等信息，再通过一个复杂的算式得到测量结果，计算复杂且涉及多个参数。在一个纯数字实现的时间数字转换器中，这些参数是是必需但无法预知的，所以这种方案不便于测量绝对的时间间隔值。并且此种时间数字转换器还需要外围电路进行电压调节，来保证时间数字转换器正常工作，造成时间数字转换器的更加复杂。

针对现有技术中时间数字转换器比较复杂的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种时间数字转换器和时间间隔测量方法，以解决现有技术中时间数字转换器比较复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种时间数字转换器，包括：第一脉冲整形器，用于接收开始脉冲和结束脉冲，对开始脉冲进行转换以输出第一脉冲，对结束脉冲进行转换以输出第二脉冲，其中，第一脉冲和第二脉冲的脉冲宽度相等；环形差分链，用于记录第一脉冲以及第二脉冲匹配时，第一脉冲以及第二脉冲在环形差分链中的环内位置，环形差分链具有第一延迟环和第二延迟环，第一延迟环用于传输第一脉冲，第二延迟环用于传输第二脉冲，其中，第一延迟环的延迟时间不同于第二延迟环的延迟时间；计数器，用于对第一脉冲在第一延迟环内的传输圈数计数，得到第一计数值，并对第二脉冲在第二延迟环内的传输圈数计数，得到第二计数值；寄存器，用于当第一脉冲以及第二脉冲匹配时，存储第二计数值、第一计数值和第一脉冲以及第二脉冲匹配时在环形差分链中的环内位置，以计算开始脉冲和结束脉冲之间的时间间隔。

进一步地，时间数字转换器还包括：使能单元，其输入端与计数器连接，用于为环形差分链提供使能信号。

进一步地，第一延迟环具有编号为D₁至D_n的n个缓冲器，缓冲器D_i的输出端与缓冲器D_i+1的输入端相连接，缓冲器D_n的输出端与缓冲器D₁的输入端相连接，缓冲器D₁的输入端还用于接收第一脉冲，第二延迟环具有编号为B₁至B_n的n个缓冲器，缓冲器B_i的输出端与缓冲器B_i+1的输入端相连接，缓冲器B_n的输出端与缓冲器B₁的输入端相连接，缓冲器B₁的输入端还用于接收第二脉冲，i=1至n-1，n为2以上的自然数，环形差分链还包括：编号为A₁至A_n的n个第一逻辑单元，均用于对接收到的信号进行逻辑与运算，其中，第一逻辑单元A₁至第一逻辑单元A_n的第一输入端均与使能单元的输出端相连接，第一逻辑单元A_j的第二输入端与缓冲器D_j的输出端相连接，第一逻辑单元A_j的第三输入端与缓冲器B_j的输出端相连接，j=1至n；编号为RS₁至RS_n的n个触发器，其中，触发器RS_j的置位端与第一逻辑单元A_j的输出端相连接，触发器RS₁至触发器RS_n的输出端均与编码器相连接，编码器用于对环内位置进行编码，得到编码值后，将编码值发送至寄存器。