[发明专利]一种基于多次采样的时间间隔测量方法

说明书

本发明提供一种基于多次采样的时间间隔测量方法。本发明方法包括如下步骤：将两个输入信号分别输入到两个完全相同的延迟环中，使其在延迟环中传播；所述的两个输入信号为Start信号和Stop信号；采用比延迟环周期小一个固定值τ的采样时钟对所述Start信号和Stop信号进行采样；根据Start信号和Stop信号在采样结束时在延迟环中传播的圈数以及信号所在环中的位置计算得出两个输入信号之间的时间间隔。本发明的技术方案解决了现有的时间数字转换器测量精度低的问题，具有更加广泛的应用。

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于多次采样的时间间隔测量方法。

背景技术

随着高精度测量在各个领域的广泛应用，其地位也越来越高。无论是传统的时间高精度测量，还是近年来基于时间数字转换器的数字系统设计，都要求时间数字转换器具有较高的分辨率来达到更高的测量精度。时间数字转换器利用逻辑电路单元的延迟效应，通过对两个输入信号之间的时间间隔按照一定的精度量化输出，实现时间到数字的转换，达到对时间间隔高精度的测量。高分辨率的时间数字转换器应用范围主要包括高能物理，医学，测绘，国防，集成电路等领域。不同的应用领域在选择时间数字转换器时首先需要确定的是其结构，不同结构的时间数字转换器在其静态性能指标和动态性能指标上都是不同的，包括分辨率、动态范围、复杂度、结构以及功耗，而分辨率是时间数字转换器的一个重要的指标。

目前为止，时间数字转换器的结构已经有计数器型、Flash型、游标延迟链型、游标环型等类型。但这些结构都存在着各自的问题，比如游标延迟链结构的时间数字转换器在特定工艺下片内失配的大小会限制延迟差的取值，进而限制分辨率，同时，其动态范围与延迟链的长度存在矛盾关系。环型结构的时间数字转换器缺点是时间分辨率受到振荡频率的限制，同时采样速率较低。

发明内容

通过对现有技术的研究，针对存在的问题，本发明提供一种基于多次采样的时间间隔测量方法。

本发明的技术方案：

本发明提供了一种基于多次采样的时间间隔测量方法，包括如下步骤：

步骤1：两个输入信号Start信号和Stop信号，分别输入到两个完全相同的延迟环中传播；

步骤2：采用比延迟环周期小一个固定值τ的采样时钟对Start和Stop信号进行采样；

步骤3：根据Start信号和Stop信号在采样结束时在延迟环中传播的圈数以及信号所在环中的位置计算得出两个输入信号之间的时间间隔。

进一步地，所述延迟环由一个二选一多路选择器及16个延迟相同的延迟单元构成，所述Start信号和Stop信号经过二选一多路选择器后进入第一个延迟单元，输出与原始信号反相的信号，经过16个延迟单元后，输出与原始信号变化趋势相同的信号，并在所述延迟环中继续传播。采用两个结构完全相同的延迟环来使输入的信号在延迟环中保持稳定的传播，保证了两个输入信号之间维持固定的延迟差。

进一步地，所述延迟环中的延迟单元为延迟相同的反相器。

进一步地，所述16个延迟相同的反相器依次连接在所述二选一多路选择器之后。由于信号经过反相器后会输出相反的信号，因此在第一个反相器的输出加入一个反相器，并且每隔一个反相器的输出均加入一个相同的反相器，使得所有的输出信号都保持相同的变化趋势，便于后续的采样。

进一步地，步骤3中所述计算时间间隔的基本算法如下：

T＝X·16tp+(P-Q)tp+(N-M)·τ