本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及其中的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換方法。

背景技術(shù)：

時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(time-to-digitalconverter，tdc)是一種將時間間隔轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出的器件，一定程度上類似于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digitalconverter，adc)，只不過adc轉(zhuǎn)換的是電壓或者電流，而tdc轉(zhuǎn)換的是時間間隔。

如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖，圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時序圖。待測時間間隔為start1信號和start2信號之間的時間tin，時間余量residue的定義為時鐘信號的最后一個上升沿到輸入間隔信號的結(jié)束。由于start2信號的時間無法預(yù)測，即時間余量的開始無法預(yù)測，所以時鐘信號clk每上升一次，都需要對此時的時間標(biāo)記一次，并以此作為時間余量的開始進(jìn)行存儲，直到start2信號到來，多工器會選擇正確的時間余量輸出給ftdc(fine-tdc，精轉(zhuǎn)換tdc)，因此需要多個時間余量的存儲路徑(時間余量1、時間余量2、……、時間余量n)，這樣就會增加芯片面積，降低轉(zhuǎn)換速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換方法，以至少解決以上現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題。

作為本發(fā)明的一個方面，提供一種時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括：

時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，用于對第一輸入或第二輸入進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，所述第一輸入為時間間隔；

時間余量提取單元，連接于所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，用于提取所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元中緊接在所述時間間隔后且小于時鐘周期而未被轉(zhuǎn)換的時間余量，所述時間余量為從所述時間間隔的結(jié)束到此后時鐘信號的第一次上升；及

時間放大器，連接于所述時間余量提取單元與所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元之間，用于對所述時間余量進(jìn)行線性放大，所述時間余量的放大信號作為第二輸入反饋輸入所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元并使其匹配于所述時鐘周期。

進(jìn)一步地，所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括重序輸出結(jié)果單元，連接于所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的輸出端，用于計算并輸出時間間隔的轉(zhuǎn)換結(jié)果，計算公式為：

其中，所述第一轉(zhuǎn)換結(jié)果為所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元對所述第一輸入進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換所得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果；所述第二轉(zhuǎn)換結(jié)果為所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元對所述第二輸入進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換所得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果；n為所述時間余量的放大倍數(shù)。

進(jìn)一步地，所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括自動開關(guān)單元，所述自動開關(guān)單元的輸入端包括所述第一輸入和所述第二輸入，所述自動開關(guān)單元的輸出端連接于所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，用于控制所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的輸入者為第一輸入或第二輸入。

進(jìn)一步地，所述的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元包括計數(shù)器，所述時鐘信號每上升一次，所述計數(shù)器計數(shù)一次。

進(jìn)一步地，當(dāng)數(shù)字轉(zhuǎn)換達(dá)到預(yù)設(shè)精度值時，所述計數(shù)器停止計數(shù)。

作為本發(fā)明的另一個方面，提供一種時間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，包括：

步驟s100，利用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元對第一輸入或第二輸入進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，所述第一輸入為時間間隔；

步驟s200，提取步驟s100中緊接在所述時間間隔后且小于時鐘周期而未被轉(zhuǎn)換的時間余量，所述時間余量為從步驟s100中的所述時間間隔的結(jié)束到此后所述時鐘信號的第一次上升；

步驟s300，將步驟s200中提取的所述時間余量進(jìn)行線性放大，并將時間余量的放大信號作為第二輸入反饋輸入所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換并使其匹配于所述時鐘周期。

進(jìn)一步地，在步驟s300之后，還包括步驟s400，計算并輸出所述時間間隔的轉(zhuǎn)換結(jié)果，計算公式為：

其中，所述第一轉(zhuǎn)換結(jié)果為所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元對所述第一輸入進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換所得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果；所述第二轉(zhuǎn)換結(jié)果為所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元對所述第二輸入進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換所得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果；n為所述時間余量的放大倍數(shù)。

進(jìn)一步地，在步驟s100和步驟s300中的進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換包括利用計數(shù)器計數(shù)，所述時鐘信號每上升一次，所述計數(shù)器計數(shù)一次。

進(jìn)一步地，循環(huán)步驟s100～s300，直到數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果達(dá)到預(yù)設(shè)精度值。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

由于時間余量的開始和結(jié)束都是可預(yù)測的，因此只需要一個時間余量的存儲路徑，節(jié)省了電路占用面積，放大后的時間余量反饋到原始時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，因此，只需要一個時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步節(jié)省電路占用面積，減小芯片面積。在進(jìn)行循環(huán)過程時，數(shù)字轉(zhuǎn)換過程和時間余量產(chǎn)生可以同時進(jìn)行，可以節(jié)省大量的轉(zhuǎn)換時間。

上述概述僅僅是為了說明書的目的，并不意圖以任何方式進(jìn)行限制。除上述描述的示意性的方面、實(shí)施方式和特征之外，通過參考附圖和以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明進(jìn)一步的方面、實(shí)施方式和特征將會是容易明白的。

附圖說明

在附圖中，除非另外規(guī)定，否則貫穿多個附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件或元素。這些附圖不一定是按照比例繪制的。應(yīng)該理解，這些附圖僅描繪了根據(jù)本發(fā)明公開的一些實(shí)施方式，而不應(yīng)將其視為是對本發(fā)明范圍的限制。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中時間余量的時序圖。

圖3為本發(fā)明的時間余量的時序圖。

圖4為本發(fā)明的時間余量提取單元的電路圖。

圖5為本發(fā)明的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。

圖6為本發(fā)明的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時序圖。

圖7為本發(fā)明的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路圖。

圖8為本發(fā)明的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的開關(guān)單元電路圖。

圖9為本發(fā)明的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，僅簡單地描述了某些示例性實(shí)施例。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識到的那樣，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可通過各種不同方式修改所描述的實(shí)施例。因此，附圖和描述被認(rèn)為本質(zhì)上是示例性的而非限制性的。

如圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖，包括：時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100，其輸入為第一輸入100a或第二輸入100b，用于對第一輸入100a或第二輸入100b進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，第一輸入100a為時間間隔tin；時間余量提取單元200，連接時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100，用于提取時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100中緊接在所述時間間隔后且小于時鐘周期而未被轉(zhuǎn)換的時間余量；時間放大器300，連接于時間余量提取單元200與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100之間，用于對時間余量提取單元200中提取的時間余量進(jìn)行線性放大，以提高轉(zhuǎn)換的精度，時間余量的放大信號(開始信號taout1和結(jié)束信號taout2之間的時間差)作為第二輸入100b反饋輸入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100并使其匹配于時鐘周期。

如圖3和圖4所示，本發(fā)明對時間余量residue進(jìn)行了重新定義。時間間隔tin為信號start1和信號start2之間的時間差，時間余量residue為信號start2觸發(fā)后到此后時鐘信號coarse_clk的第一次上升沿。

待測時間間隔tin作為第一輸入100a輸入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，得到第一轉(zhuǎn)換結(jié)果，此過程為第一轉(zhuǎn)換過程；時間余量提取單元200根據(jù)信號start2和時鐘信號coarse_clk提取時間余量residue，得到時間余量residue的開始信號tain1和結(jié)束信號tain2，時間放大器300對時間余量residue進(jìn)行線性放大，放大倍數(shù)為n，并將時間余量的放大信號a_residue(開始信號taout1和結(jié)束信號taout2之間)作為第二輸入100b輸入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，得到第二轉(zhuǎn)換結(jié)果，此過程為第二轉(zhuǎn)換過程；重序輸出結(jié)果單元400連接數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100的輸出端，用于計算待測時間間隔tin的數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果dout并輸出，計算公式為：

自動開關(guān)單元500的輸入包括第一輸入100a和第二輸入100b，輸出連接數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100，可以根據(jù)輸入信號來源控制時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100的輸入為待測時間間隔tin(start1和start2)或時間余量的放大信號a_residue，即控制時間數(shù)字單元100的輸入為第一輸入100a或第二輸入100b，并分別執(zhí)行第一轉(zhuǎn)換或第二轉(zhuǎn)換。自動開關(guān)單元500自動切換輸入信號源，可以節(jié)省大量的轉(zhuǎn)換時間。

圖7示出了本發(fā)明的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路圖，其中，時間余量提取單元200的電路結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，在前面已經(jīng)介紹，在此不再贅述。

自動開關(guān)單元500，包括第一開關(guān)501和第二開關(guān)502，如圖8所示，taen表示第一開關(guān)501和第二開關(guān)502在高電平使能信號有效。當(dāng)自動開關(guān)單元500使能start1和start2有效時，start1和start2輸入第一計數(shù)器601，coarse_clk每上升一次，計數(shù)器601計數(shù)一次，計數(shù)結(jié)果為cccnt0。

當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)501和第二開關(guān)502分別使能taout1和taout2有效時，第一開關(guān)501和第二開關(guān)502分別使能(en)粗轉(zhuǎn)換信號coarse_osc(即taout1)和精轉(zhuǎn)換信號fine_osc(即taout2)輸入到時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元100。coarse_clk每上升一次，計數(shù)器602計數(shù)一次，計數(shù)結(jié)果為cccnt1，此為粗轉(zhuǎn)換過程；fine_clk每上升一次，計數(shù)器603計數(shù)一次，計數(shù)結(jié)果為cfcnt，此為精轉(zhuǎn)換過程。

重序輸出結(jié)果單元400計算并輸出tin的數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果dout，計算公式為：cccnt0·τc–(cccnt1·τc+cfcnt·τf)/n，其中，τc為coarse_clk的時鐘周期，τf為fine_clk的時鐘周期，n為時間放大器300的放大倍數(shù)。

需要說明的是，待測時間間隔的數(shù)字轉(zhuǎn)換過程可能需要循環(huán)進(jìn)行，直到時間余量滿足預(yù)設(shè)精度值，計數(shù)器停止計數(shù)。當(dāng)時鐘信號發(fā)生抖動產(chǎn)生往前漂移時，start2的信號來不及停止計數(shù)器的計數(shù)，會多一次計數(shù)，但是時間余量的結(jié)束是時鐘信號的上升，因此時間余量也會多一個時鐘周期，因此二者相抵可以自動校正時間余量受時鐘抖動的影響。在進(jìn)行循環(huán)過程時，數(shù)字轉(zhuǎn)換過程和時間余量產(chǎn)生可以同時進(jìn)行，可以節(jié)省大量的轉(zhuǎn)換時間。

由于時間余量的開始和結(jié)束都是可預(yù)測的，因此只需要一個時間余量的存儲路徑，節(jié)省了電路占用面積，時間余量的放大信號反饋到原始時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，因此，只需要一個時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步節(jié)省電路占用面積，減小芯片面積。

本發(fā)明的數(shù)字轉(zhuǎn)換與時間余量的產(chǎn)生同時進(jìn)行，可以節(jié)省大量的轉(zhuǎn)換時間。

本發(fā)明的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以應(yīng)用于ddr3或ddr4中來計算外部時鐘clk與ddr3或ddr4的dqs信號之間的相位差，可提高clk與dqs的同步速度。

作為本實(shí)施例的另一個方面，本實(shí)施例還提供一種時間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，本方法的實(shí)施并不局限于一種硬件/軟件架構(gòu)，以下僅是基于上述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一種實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。

下面結(jié)合圖9介紹應(yīng)用上述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，包括：

步驟s100，利用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元對第一輸入或第二輸入進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，其中，第一輸入為時間間隔；

步驟s200，提取步驟s100中緊接在所述時間間隔后且小于時鐘周期而未被轉(zhuǎn)換的時間余量，時間余量為從步驟s100中的時間間隔的結(jié)束到此后時鐘信號的第一次上升；

步驟s300，將步驟s200中提取的時間余量進(jìn)行線性放大，并將時間余量的放大信號作為第二輸入反饋輸入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換并使其匹配于時鐘周期。

在步驟s300之后，還包括步驟s400，計算并輸出所述時間間隔的轉(zhuǎn)換結(jié)果，計算公式為：

其中，所述第一轉(zhuǎn)換結(jié)果為所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元對所述第一輸入進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換所得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果；所述第二轉(zhuǎn)換結(jié)果為所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元對所述第二輸入進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換所得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果；n為所述時間余量的放大倍數(shù)。

循環(huán)步驟s100～s300，直到數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果達(dá)到預(yù)設(shè)精度值。在進(jìn)行循環(huán)過程時，數(shù)字轉(zhuǎn)換過程和時間余量產(chǎn)生可以同時進(jìn)行，可以節(jié)省大量的轉(zhuǎn)換時間。

在步驟s100和步驟s300中的進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換包括利用計數(shù)器計數(shù)，時鐘信號每上升一次，計數(shù)器計數(shù)一次。

本發(fā)明的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法是基于上述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行，其有益效果不再贅述。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到其各種變化或替換，這些都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。