應用于紅外傳感讀出電路中的多段式時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器設計.pdf

1、時間測量在科學研究中有著舉足輕重的地位。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器作為一種專用化的時間測量電路，以其高精度的時間測量標準在近幾十年來得到了科學界越來越多的關注，并成為了十分熱門的研究對象。近年來，隨著紅外測距成像系統(tǒng)的深入研究，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器被廣泛應用于該系統(tǒng)的關鍵模塊紅外傳感讀出電路中。
　　為了滿足紅外傳感讀出電路的應用需求，本文提出了一種多段式時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，通過三種不同結(jié)構(gòu)的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路分段配合，在較低的轉(zhuǎn)換位數(shù)和面積消耗下，滿

2、足了兼顧時間分辨率與測量范圍的雙重需求。同時，通過DLL壓控延遲單元的自適應調(diào)節(jié)，穩(wěn)定了延遲單元的延遲時間與環(huán)振頻率。除此之外，為了提高時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中存儲單元的數(shù)據(jù)可靠性，深入研究了與D觸發(fā)器建立保持時間相關的理論，通過對已有兩種D觸發(fā)器的優(yōu)化設計，降低了電路的建立保持時間，提高了數(shù)據(jù)存儲的可靠性。本文設計的多段式時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可兼顧時間分辨率與測量范圍的共同需求，并有效降低了像素面積，提高了數(shù)據(jù)存儲的可靠性，能夠滿足單像素結(jié)構(gòu)與陣

3、列型結(jié)構(gòu)ROIC紅傳感讀出電路時間高精度檢測的應用要求。
　　本設計中采用CSMC0.5μm COMS工藝，通過Cadence EDA工具驗證，完成了整個電路版圖設計、前仿與后仿。后仿結(jié)果表明:在5V電源電壓下，多段式時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測量結(jié)果通過13位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存儲，其分辨率達到500ps，測量范圍為1μs左右。實際芯片測試結(jié)果表明，測量范圍超過0.8μs，最大絕對誤差約為30ns，最大相對誤差約為2ns，論文對影響TDC性能的主要