CN110764395A - 一种应用于spad探测器的环形时间数字转换电路 - Google Patents

一种应用于spad探测器的环形时间数字转换电路 Download PDF

Info

Publication number
CN110764395A
CN110764395A CN201810827997.6A CN201810827997A CN110764395A CN 110764395 A CN110764395 A CN 110764395A CN 201810827997 A CN201810827997 A CN 201810827997A CN 110764395 A CN110764395 A CN 110764395A
Authority
CN
China
Prior art keywords
time
counting
signal
delay
conversion circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201810827997.6A
Other languages
English (en)
Inventor
毛成
卜晓峰
孔祥顺
吴俊辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHAORUI MICROELECTRONICS Co Ltd SUZHOU
Original Assignee
CHAORUI MICROELECTRONICS Co Ltd SUZHOU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHAORUI MICROELECTRONICS Co Ltd SUZHOU filed Critical CHAORUI MICROELECTRONICS Co Ltd SUZHOU
Priority to CN201810827997.6A priority Critical patent/CN110764395A/zh
Publication of CN110764395A publication Critical patent/CN110764395A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F10/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
    • G04F10/005—Time-to-digital converters [TDC]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种应用于SPAD探测器的环形时间数字转换电路，采用缓冲器做延时环，整个延时环的延时周期为一级粗计数，由计数器记录其周期数；采用一系列D触发器，每个D触发器输入端接应延时环上对应缓冲器的输出，D触发器的时钟信号输入端接stop信号，输出端接编码器，所述系列D触发器为二级细计数，编码器输出细计数时间对应的数字信号。所述一级粗计数与二级细计数共同作用，将时间信息转化为数字信息。

Description

一种应用于SPAD探测器的环形时间数字转换电路
技术领域
本发明涉及一种应用于SPAD探测器的环形时间数字转换电路，即TDC电路，属于集成电路领域。
背景技术
时间数字转化器是一种将模拟时间量转换为数字信号的转换电路，用于测量时间间隔。随着光子飞行时间（Time of Flight，TOF）技术在激光测距领域中的兴起，时间数字转换器变得日益重要，逐渐成为一项关键技术。时间数字转化器的分辨率，直接决定了激光测距的测距精度。而高精度的测距要求在很多应用中都是必不可少的，比如在航天器的对接应用中，测距精度要求达到毫米量级，对应的时间间隔精度要求达到几个皮秒级别。另一方面，时间数字转化器的量程也非常重要，其直接决定了测距的最大距离范围。
单光子雪崩二极管（Single photon avalanche diode，SPAD）具有光子级探测灵敏度，在激光测距应用中有独特的优势。一个SPAD单管作为单点测距的探测器，需要集成一个时间数字转换电路，这就要求时间数字转化器的版图占用面积不能过大。
目前，已有技术中，传统的模数转换器电路结构复杂，转换速度和转换精度都不高；已有的时间数字转换电路技术，电路结构设计也不够精简，版图占用面积大，尤其是量程要求较大的时间数字转换电路，其版图面积会成倍扩大。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种应用于SPAD探测器的环形时间数字转换电路，电路结构较为简单，采用环形结构有效克服版图面积过大问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种应用于SPAD探测器的环形时间数字转换电路，采用缓冲器做延时环，整个延时环的延时周期为一级粗计数，由计数器记录其周期数；采用一系列D触发器，每个D触发器输入端接应延时环上对应缓冲器的输出，D触发器的时钟信号输入端接stop信号，输出端接编码器，所述系列D触发器为二级细计数，编码器输出细计数时间对应的数字信号。start信号通过多路复用电路输入延时环，延时环最后一级缓冲器将信号输入到多路复用器，使信号再次进入延时环，实现延时环首尾连接。所述一级粗计数与二级细计数共同作用，将时间信息转化为数字信息。
工作时，SPAD首先输出一个start信号，该信号经过多路复用器输入到延时环中，经过一个周期的延时后，信号由最后一级缓冲器反馈到多路复用器，形成首尾连接的延时环；每延时一个周期，最后一级的缓冲器同时将信号传输给计数器，记录周期数。当SPAD产生stop信号时，stop信号同时输入到所有D触发器的时钟输入端，将延时环对应的D触发器的当前状态记录，并将当前状态输出给编码器。通过编码器和计数器记录的数字信号数据，可以计算得到start信号与stop信号间的时间信息。
有益效果：本发明提供的一种应用于SPAD探测器的环形时间数字转换电路，相对于现有技术，具有如下优势：1、电路结构简单，尤其适合与SPAD探测器片上集成，2、采用延时环结构，引入粗计数与细计数共同作用模式，可以在减小版图占用面积的同时，保证时间数字转换电路的量程。
附图说明
图1为本发明提供的环形时间数字转换电路的结构示意图；
图2为本发明提供的环形时间数字转换电路的工作时序图示例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示是本发明提供的环形时间数字转换电路的结构示意图，采用缓冲器做延时环，整个延时环的延时周期为一级粗计数，由计数器记录其周期数；采用一系列D触发器，每个D触发器输入端接应延时环上对应缓冲器的输出，D触发器的时钟信号输入端接stop信号，输出端接编码器，所述系列D触发器为二级细计数，编码器输出细计数时间对应的数字信号。start信号通过多路复用电路输入延时环，延时环最后一级缓冲器将信号输入到多路复用器，使信号再次进入延时环，实现延时环首尾连接。所述一级粗计数与二级细计数共同作用，将时间信息转化为数字信息。
工作时，SPAD首先输出一个start信号，该信号经过多路复用器输入到延时环中，经过一个周期的延时后，信号由最后一级缓冲器反馈到多路复用器，形成首尾连接的延时环；每延时一个周期，最后一级的缓冲器同时将信号传输给计数器，记录周期数。当SPAD产生stop信号时，stop信号同时输入到所有D触发器的时钟输入端，将延时环对应的D触发器的当前状态记录，并将当前状态输出给编码器。通过编码器和计数器记录的数字信号数据，可以计算得到start信号与stop信号间的时间信息。
如图2所示是本发明提供的环形时间数字转换电路的工作时序图示例，上面是由SPAD探测器输出的、接入多路复用器的start信号，下面是由SPAD探测器输出的、接入stop端的stop信号。图中，Δt是整个延时环延时一圈的时间周期，Δt1是单个缓冲器的延时时间，图中示例Δt等于5个Δt1表示有五个缓冲器，但本发明不限制缓冲器个数为5。延迟环每延迟一圈最后一级缓冲器触发计数器值加1，故计数器值N表示粗计数个数，即Δt的个数。编码器将所有D触发器的输出Q值作编码输出，Q值是stop信号到来时锁存住的延时环中每个缓冲器的状态，通过输出的Q值可以计算细计数的个数NQ。可以得到，粗计数时间为N*Δt，细计数时间为NQ*Δt1，两者时间和N*Δt + NQ*Δt1即为start信号与stop信号之间的时间间隔。

Claims (3)

1.一种应用于SPAD探测器的环形时间数字转换电路，其特征在于：采用缓冲器做延时环，整个延时环的延时周期为一级粗计数，由计数器记录其周期数；采用一系列D触发器，每个D触发器输入端接应延时环上对应缓冲器的输出，D触发器的时钟信号输入端接stop信号，输出端接编码器，所述系列D触发器为二级细计数，编码器输出细计数时间对应的数字信号。
2.根据权利要求1所述的应用于SPAD探测器的环形时间数字转换电路，其特征还在于：start信号通过多路复用电路输入延时环，延时环最后一级缓冲器将信号输入到多路复用器，使信号再次进入延时环，实现延时环首尾连接。
3.根据权利要求1、2所述的应用于SPAD探测器的环形时间数字转换电路，其特征还在于：所述一级粗计数与二级细计数共同作用，将时间信息转化为数字信息。
CN201810827997.6A 2018-07-25 2018-07-25 一种应用于spad探测器的环形时间数字转换电路 Withdrawn CN110764395A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810827997.6A CN110764395A (zh) 2018-07-25 2018-07-25 一种应用于spad探测器的环形时间数字转换电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810827997.6A CN110764395A (zh) 2018-07-25 2018-07-25 一种应用于spad探测器的环形时间数字转换电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110764395A true CN110764395A (zh) 2020-02-07

Family

ID=69327235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810827997.6A Withdrawn CN110764395A (zh) 2018-07-25 2018-07-25 一种应用于spad探测器的环形时间数字转换电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110764395A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111308487A (zh) * 2020-02-21 2020-06-19 南京大学 一种适用于远距离测距的spad阵列
CN116559844A (zh) * 2023-05-18 2023-08-08 杭州宇称电子技术有限公司 光子时间记录测距电路、控制方法及其应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101680920A (zh) * 2007-06-18 2010-03-24 艾勒博科技股份有限公司 延迟时间测量电路以及方法
JP2011259208A (ja) * 2010-06-09 2011-12-22 Handotai Rikougaku Kenkyu Center:Kk 時間デジタル変換回路、及びその校正方法
CN202166844U (zh) * 2011-06-23 2012-03-14 山东力创科技有限公司 一种高精度时间测量电路
CN105675981A (zh) * 2016-03-18 2016-06-15 中国科学技术大学 一种基于fpga的频率计及频率测量方法
CN106168753A (zh) * 2016-06-28 2016-11-30 中国科学院微电子研究所 时间数字转换器
CN106200356A (zh) * 2016-09-23 2016-12-07 中国科学院上海高等研究院 游标环形时间数字转换器
CN106970519A (zh) * 2017-05-17 2017-07-21 宁波大学 时间测试电路及时间测试方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101680920A (zh) * 2007-06-18 2010-03-24 艾勒博科技股份有限公司 延迟时间测量电路以及方法
JP2011259208A (ja) * 2010-06-09 2011-12-22 Handotai Rikougaku Kenkyu Center:Kk 時間デジタル変換回路、及びその校正方法
CN202166844U (zh) * 2011-06-23 2012-03-14 山东力创科技有限公司 一种高精度时间测量电路
CN105675981A (zh) * 2016-03-18 2016-06-15 中国科学技术大学 一种基于fpga的频率计及频率测量方法
CN106168753A (zh) * 2016-06-28 2016-11-30 中国科学院微电子研究所 时间数字转换器
CN106200356A (zh) * 2016-09-23 2016-12-07 中国科学院上海高等研究院 游标环形时间数字转换器
CN106970519A (zh) * 2017-05-17 2017-07-21 宁波大学 时间测试电路及时间测试方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111308487A (zh) * 2020-02-21 2020-06-19 南京大学 一种适用于远距离测距的spad阵列
CN111308487B (zh) * 2020-02-21 2022-03-15 南京大学 一种适用于远距离测距的spad阵列
CN116559844A (zh) * 2023-05-18 2023-08-08 杭州宇称电子技术有限公司 光子时间记录测距电路、控制方法及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8138958B2 (en) Vernier ring time-to-digital converters with comparator matrix
CN106168753B (zh) 时间数字转换器
US20090225631A1 (en) Time-to-digital converter
CN109374139B (zh) 一种单光子飞行时间检测电路及测量方法
GB2505705A (en) Circuit for combining signals comprising a plurality of edge detectors
Zhang et al. A high linearity TDC with a united-reference fractional counter for LiDAR
KR101503732B1 (ko) 시간-디지털 변환기
CN110764395A (zh) 一种应用于spad探测器的环形时间数字转换电路
CN113092858A (zh) 一种基于时频信息测量的高精度频标比对***及比对方法
Tang et al. A highly linear FPGA-based TDC and a low-power multichannel readout ASIC with a shared SAR ADC for SiPM detectors
CN110764394A (zh) 一种应用于spad探测器的时间数字转换电路
WO2019057017A1 (zh) 时间-数字转换装置及方法
US8384440B2 (en) High resolution capture
KR101031890B1 (ko) 무선 거리 측정장치 및 그 방법
US20200400792A1 (en) Circuit and method for combining spad outputs
Watanabe et al. All-digital ADC/TDC using TAD architecture for highly-durable time-measurement ASIC
Priyanka et al. Design and implementation of time to digital converters
Tancock et al. Temperature characterisation of the DSP delay line
CN214480526U (zh) 一种基于差分采样的剩余时间采样电路和时间数字转换器
CN103634010A (zh) 一种基于差分充电的高精度大范围时间数字转换器
Parsakordasiabi et al. A novel approach for measurement throughput maximization in FPGA-based TDCs
US10545462B2 (en) Time-to-voltage converter
Markovic et al. Smart-pixel for 3D ranging imagers based on single-photon avalanche diode and time-to-digital converter
Kobayashi et al. A 2.1-nW burst-pulse-counting supply voltage monitor for biofuel-cell-combined biosensing systems in 180-nm CMOS
TWI760191B (zh) 時間至數位轉換器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20200207