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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳世璋
研究生(外文):Shih-Chung Chen
論文名稱:使用雙延遲鎖相迴路自我校正的游標尺式時間至數位轉換器
論文名稱(外文):A Vernier-Based Time-to-Digital Converter with Dual DLLs for Self-Calibration
指導教授:楊清淵楊清淵引用關係
指導教授(外文):Ching-Yuan Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:電機工程學系所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:延遲鎖相迴路時間至數位轉換器
外文關鍵詞:Delay Lock LoopTime-to-Digital Converter
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時間至數位轉換器被廣泛地應用於飛行時間粒子檢測器、雷射測距儀、示波器、邏輯分析儀以及其它工業應用中。如何產生一個寬輸入範圍、高解析度的時間至數位轉換器是本論文的重點。另一方面,解析度必須不易受外在環境的影響,得到的量測結果才具有參考性。一個擁有校正電路的時間至數位轉換器能有效降低因操作溫度、製程參數和操作電壓變動所產生的量測誤差。
在本論文中,我們展示出一個新型的游標尺式時間至數位轉換器,可以有效增加輸入範圍和保持高解析度的特色。我們使用一個單一參考時脈的雙迴路延遲鎖相迴路當成校正電路。所提出的時間至數位轉換器可以成功地消除元件間的誤差、輸入範圍的限制、外部偏壓的調整和複雜的校正電路等問題。
此電路是以台積電0.18um 1P6M的製程實現。產生的解析度為19.25ps
,輸入範圍為2.56μs。模擬得到的短範圍微分非線性誤差為0~0.91LSB,積分非線性誤差為0~0.91LSB,長範圍微分非線性誤差為-0.02~0.02LSB,積分非線性誤差為0~0.02LSB。功率消耗為140mW,晶片面積為1370×1220 μm2。
Time-to-digital converters (TDC) are widely used in various situations. Such as time-of-flight (T.O.F.) particle detectors, laser range finders, oscilloscopes, logic analyzers and some other industrial applications. How to produce a wide Input Range and high resolution TDC is an important issue in this paper. On the other hand, only if the resolution is insensitive to environment variations, will the measurement results be reliable. A TDC with calibration circuit can reduce the measurement errors caused by operation temperature, process parameter, and operation voltage effectively.
We present a new type Vernier-based TDC that can increase the Input Range and remain the feature of high resolution in this paper. We use a dual delay-locked loops (DLL) to provide about 20ps delay based on a single reference clock. The proposed TDC successfully eliminates the element mismatch, input range limitation, external bias adjustment and complicated calibration circuit problems.
The circuit is fabricated in the TSMC 0.18um 1P6M technology. The simulated short range differential nonlinearity is 0 ~ 0.91 LSB, and the simulated short range integral nonlinearity is 0 ~ 0.91 LSB. The long range differential nonlinearity is -0.02 ~ 0.02 LSB, and the long range integral nonlinearity is 0 ~ 0.91 LSB. The power consumption is 140mW and the chip size is 1370×1220 um2.
誌謝 -i-
摘要 -ii-
Abstract -iii-
目錄 -iv-
圖目錄 -vi-
表目錄 -ix-
第一章 緒論 -1-
1-1 研究動機 -1-
1-2 論文架構 -2-
第二章 研究基礎 -3-
2-1 效能參數 -3-
2-1.1 輸入範圍(Input Range)、解析度(Resolution) -3-
2-1.2 位移誤差(Offset Error) -4-
2-1.3 增益誤差(Gain Error) -4-
2-1.4 微分非線性誤差(Differential Nonlinearity Error) -5-
2-1.5 積分非線性誤差(Integral Nonlinearity Error) -5-
2-1.6 柱狀圖(Histogram) -6-
2-2 架構比較 -7-
2-2.1 時間轉電壓式時間至數位轉換器 -7-
2-2.2 雙斜率式時間至數位轉換器 -8-
2-2.3 延遲鎖相迴路陣列式時間至數位轉換器 -9-
2-2.4 脈衝縮減延遲式時間至數位轉換器 -10-
2-2.5 多層級內插式時間至數位轉換器 -12-
2-2.6 游標尺式時間至數位轉換器 -14-
第三章 電路設計 -18-
3-1 架構由來 -18-
3-1.1 想法起源 -18-
3-1.2 比較差異 -18-
3-2 整體架構 -22-
3-2.1 系統架構圖 -22-
3-2.2 訊號處理時脈圖 -23-
3-2.3 規格設定 -25-
3-3 延遲鎖相迴路及游標尺延遲線 -26-
3-3.1 延遲鎖相迴路 -26-
3-3.2 游標尺延遲線 -38-
3-4 控制電路 -43-
3-4.1 互補傳輸閘邏輯及多工器 -44-
3-4.2 雙端真單相時脈D型正反器 -45-
3-5 解碼電路 -46-
3-5.1 解決(1,0)問題的電路 -46-
3-5.2 解碼電路 -47-
3-6 其他電路 -48-
3-6.1 線性電路 -48-
3-6.2 單端輸入轉雙端輸出電路 -49-
3-6.3 雙端輸入轉單端輸出電路 -50-
3-6.4 雙端輸入轉雙端輸出電路 -50-
3-6.5 非同步計數器 -51-
3-6.6 補助鎖定電路 -51-
3-6.7 量測考量電路 -52-
第四章 模擬結果及量測設置 -54-
4-1 模擬結果 -54-
4-1.1 雙延遲鎖相迴路系統 -54-
4-1.2 游標尺相關電路 -58-
4-1.3 整體時間至數位轉換器 -60-
4-2 量測設置 -62-
4-2.1 Data Sheet -62-
4-2.2 量測考量 -63-
第五章 結論 -65-
參考文獻 -66-
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