背景
時(shí)間是我們熟悉的最基本的物理尺度，越來越多的領(lǐng)域以高精度的時(shí)間測量為基礎(chǔ)。這些領(lǐng)域包括工業(yè)、汽車、醫(yī)學(xué)和科研所要求的時(shí)間測量分辨率通常小于1ns，在很多甚至只有幾個(gè)皮秒，他們往往要求具有高精度、小體積、低成本和商業(yè)化等綜合因素的經(jīng)濟(jì)型解決方案。
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器如果要達(dá)到幾個(gè)皮秒的分辨率，則需要幾百GHz的頻率時(shí)鐘，這對于一個(gè)普通的系統(tǒng)來說，幾乎是不可能的！成立于德國的acam公司，則以另一種方式，開發(fā)出基于皮秒級時(shí)間間隔測量的集成電路和系統(tǒng)解決方案－－－－TDC（Timer Digital Converter），即時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。這些芯片把時(shí)間間隔直接轉(zhuǎn)化為高精度的數(shù)字值。它與位于前端傳感器和數(shù)字處理器之間的數(shù)模轉(zhuǎn)換器非常相似。但是 TDC 僅指高精度的時(shí)間測量工具。通常 TDC 是用在分辨率小于1ns 的轉(zhuǎn)換器上的。
TDC原理
TDC是ACAM核心的超高精度的時(shí)間間隔測量產(chǎn)品，全數(shù)字化集成電路，采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，對溫度和電壓的變化采用補(bǔ)償方式，以便能同時(shí)滿足高精度、高測量刷新率、低功耗和小體積等方面的要求。具體來講，TDC是以信號通過內(nèi)部門電路的傳播延遲來進(jìn)行高精度時(shí)間間隔測量的，如下圖1顯示了這種測量絕對間隔時(shí)間TDC的主要框架。芯片上的智能電路結(jié)構(gòu)、冗余電路和特殊的布線方法使得芯片可以精確地記下信號通過門電路的個(gè)數(shù)，并且能保證每個(gè)門電路的延遲時(shí)間嚴(yán)格一致。芯片能獲得的最高測量精度由信號通過芯片內(nèi)部門電路的最短傳播延遲時(shí)間tpd決定。
