本發(fā)明屬于集成電路，具體涉及一種時(shí)間域乒乓式量化超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

1、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸和采集的需求不斷增長(zhǎng)，有線傳輸和高性能儀器系統(tǒng)需要超高速中等分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器。隨著集成電路工藝逐漸發(fā)展，晶體管尺寸和電源電壓不斷減小，傳統(tǒng)電壓域模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog?to?digital?converter，adc)中的設(shè)計(jì)難度逐漸加大。目前多使用時(shí)間交織技術(shù)(ti)來(lái)實(shí)現(xiàn)超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然而受限于單通道轉(zhuǎn)換速度，往往需要交織大量的通道以實(shí)現(xiàn)超高的采樣速率，這會(huì)大大的增大芯片面積和功耗，并使得芯片性能極易受到時(shí)鐘偏斜以及通道失配影響。由于時(shí)間域adc可以實(shí)現(xiàn)單通道超高的轉(zhuǎn)換速率，已成為目前學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。

2、但是單通道超高速時(shí)間域adc也面臨一些問(wèn)題。

3、現(xiàn)有技術(shù)一實(shí)現(xiàn)了一種基于環(huán)路展開(kāi)的逐次逼近型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(successiveapproximation?time-to-digital?converter，sa?tdc)，實(shí)現(xiàn)了單通道10gs/s的采樣速度，但是由于sa?tdc延時(shí)鏈對(duì)于抖動(dòng)噪聲的積累，使得系統(tǒng)的噪聲性能不佳。

4、現(xiàn)有技術(shù)二實(shí)現(xiàn)了一種高位量化使用快閃型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(flash?time-to-digital?converter，flash?tdc)，低位量化使用sa?tdc的兩步式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其相比現(xiàn)有技術(shù)一實(shí)現(xiàn)了更低的抖動(dòng)噪聲，然而受限于第一級(jí)flash?tdc的量化速度，以及級(jí)間時(shí)間余差產(chǎn)生器的速度，其單通道采樣速度較低；為提高采樣速度，現(xiàn)有技術(shù)二同時(shí)使用了兩通道交織，再增加了一個(gè)通道，即再增加一個(gè)電壓時(shí)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，一個(gè)flash?tdc，一個(gè)時(shí)間余差產(chǎn)生器，一個(gè)延遲流水線逐次逼近時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

5、然而，現(xiàn)有技術(shù)二的提速方法使得電路面積直接變?yōu)樵鹊膬杀叮⑶覂蓚€(gè)通道的采樣時(shí)鐘之間會(huì)存在時(shí)鐘偏斜，帶來(lái)額外的非線性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種時(shí)間域乒乓式量化超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種時(shí)間域乒乓式量化超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：采樣開(kāi)關(guān)、電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換模塊、第一乒乓通道、第二乒乓通道、時(shí)間余差產(chǎn)生器、異步流水線逐次逼近時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、編碼器和碼值組合單元，其中，

3、所述采樣開(kāi)關(guān)用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，得到采樣信號(hào)；

4、所述電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換模塊用于對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行電壓時(shí)間信號(hào)的轉(zhuǎn)換，得到差分時(shí)間信號(hào)；

5、所述第一乒乓通道用于在第一采樣周期內(nèi)通過(guò)第一時(shí)鐘信號(hào)的控制對(duì)所述差分時(shí)間信號(hào)進(jìn)行量化，得到第一量化碼值；

6、所述第二乒乓通道用于在第二采樣周期通過(guò)第二時(shí)鐘信號(hào)的控制對(duì)所述差分時(shí)間信號(hào)進(jìn)行量化，得到第二量化碼值；所述第一采樣周期與所述第二采樣周期不相同；

7、所述時(shí)間余差產(chǎn)生器用于根據(jù)所述第一量化碼值或所述第二量化碼值產(chǎn)生時(shí)間余差信號(hào)；

8、所述異步流水線逐次逼近時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)所述時(shí)間余差信號(hào)完成對(duì)剩余時(shí)間差的量化，輸出第一量化碼值；

9、所述編碼器用于對(duì)所述第一量化碼值或第二量化碼值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到第二量化碼值；

10、所述碼值組合單元用于組合所述第一量化碼值和所述第二量化碼值，得到量化結(jié)果。

11、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一乒乓通道包括第一選通開(kāi)關(guān)和第一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，

12、所述第一選通開(kāi)關(guān)的輸入端連接所述電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器的輸出端且輸入所述第一時(shí)鐘信號(hào)，輸出端連接所述第一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端；所述第一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述時(shí)間余差產(chǎn)生器的輸入端和所述編碼器的輸入端。

13、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括快閃型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器或者基于插值的快閃型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

14、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二乒乓通道包括第二選通開(kāi)關(guān)和第二時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，

15、所述第二選通開(kāi)關(guān)的輸入端連接所述電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器的輸出端且輸入所述第二時(shí)鐘信號(hào)，輸出端連接所述第二時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端；所述第二時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述時(shí)間余差產(chǎn)生器的輸入端和所述編碼器的輸入端。

16、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括快閃型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器或者基于插值的快閃型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

17、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述異步流水線逐次逼近時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器由若干結(jié)構(gòu)相同的單級(jí)結(jié)構(gòu)依次連接形成。

18、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每級(jí)所述單級(jí)結(jié)構(gòu)包括：時(shí)間比較器、第一延時(shí)單元、第一反相器、第二反相器、第一mos管、第二mos管、第一負(fù)載電容、第二負(fù)載電容、第二延時(shí)單元、第三反相器、第四反相器、第三mos管、第四mos管、第三負(fù)載電容和第四負(fù)載電容，其中，

19、所述時(shí)間比較器的正相輸入端連接第一延時(shí)單元的輸入端且作為所述單級(jí)結(jié)構(gòu)的第一輸入端以輸入第一時(shí)間脈沖信號(hào)，負(fù)相輸入端連接第二延時(shí)單元的輸入端且作為所述單級(jí)結(jié)構(gòu)的第二輸入端以輸入第二時(shí)間脈沖信號(hào)，第一輸出端連接第一mos管的柵極和第四mos管的柵極，第二輸出端連接第三mos管的柵極和第二mos管的柵極；

20、所述第一延時(shí)單元的輸出端連接所述第一反相器的輸入端；所述第一反相器的輸出端連接所述第二反相器的輸入端、所述第一mos管的漏極、所述第二mos管的漏極；所述第一mos管的源極連接所述第一負(fù)載電容的第一端，所述第一負(fù)載電容的第二端接地；所述第二mos管的源極連接所述第二負(fù)載電容的第二端，所述第二負(fù)載電容的第二端接地；所述第二反相器的輸出端輸出第三時(shí)間脈沖信號(hào)且連接下級(jí)單級(jí)結(jié)構(gòu)的第一輸入端；

21、所述第二延時(shí)單元的輸出端連接所述第三反相器的輸入端；所述第三反相器的輸出端連接所述第四反相器的輸入端、所述第三mos管的漏極、所述第四mos管的漏極；所述第三mos管的源極連接所述第三負(fù)載電容的第一端，所述第三負(fù)載電容的第二端接地；所述第四mos管的源極連接所述第四負(fù)載電容的第二端，所述第四負(fù)載電容的第二端接地；所述第四反相器的輸出端輸出第四時(shí)間脈沖信號(hào)且連接下級(jí)單級(jí)結(jié)構(gòu)的第二輸入端；

22、所述第一負(fù)載電容的電容值大于所述第二負(fù)載電容的電容值；

23、所述第三負(fù)載電容的電容值大于所述第四負(fù)載電容的電容值。

24、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換模塊包括第一電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器的輸入端所述采樣開(kāi)關(guān)的輸出端，輸出端連接所述第一乒乓通道的輸入端、第二乒乓通道的輸入端。

25、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換模塊包括第一電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器和第二電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器，其中，

26、所述第一電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器的輸入端連接所述采樣開(kāi)關(guān)的輸出端，輸出端連接所述第一乒乓通道的輸入端；

27、所述第二電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器的輸入端連接所述采樣開(kāi)關(guān)的輸出端，輸出端連接所述第二乒乓通道的輸入端。

28、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括電容，其中，所述電容的一端連接所述采樣開(kāi)關(guān)的輸出端，另一端接地。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

30、1、本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器基于時(shí)域乒乓量化技術(shù)，采用第一乒乓通道和第二乒乓通道對(duì)差分時(shí)間信號(hào)進(jìn)行量化，在單通道電路的基礎(chǔ)上增加一路乒乓通道，在實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通道采樣速度的基礎(chǔ)上大大減少了電路面積，并且第一時(shí)鐘信號(hào)和第二時(shí)鐘信號(hào)僅用于選擇第一乒乓通道和第二乒乓通道，不用于前端采樣，因此第一時(shí)鐘信號(hào)和第二時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘偏斜與抖動(dòng)不會(huì)影響電路性能。

31、2、本發(fā)明的異步流水線逐次逼近時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，單級(jí)結(jié)構(gòu)采用第一負(fù)載電容、第二負(fù)載電容、第三負(fù)載電容和第四負(fù)載電容作為選擇型延時(shí)單元來(lái)產(chǎn)生參考延時(shí)值，負(fù)載電容單元的電容值受工藝、電源電壓、溫度的變化的影響更小，使得單級(jí)結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。