CN106681126B - 一种时间数字转换器及其误差校准装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于时间测量技术领域，提供了一种时间数字转换器及其误差校准装置与方法。本发明通过采用包括采样控制模块、统计模块及时间间隔校准模块的误差校准装置，在校准模式下，由时间数字转换模块在采样控制模块的控制下输出多个校准采样值至统计模块，由采样控制模块输出采样总次数至统计模块；由统计模块根据多个校准采样值和采样总次数，对时间数字转换模块中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，以使时间间隔校准模块在测量模式下，根据采样值和校准数据计算待测时间间隔值，从而提高了时间数字转换器的测量精度，解决了现有的时间数字转换器所存在的因每个延迟单元的延迟时间和触发器的响应速度存在区别而导致的测量精度低的问题。

Description

一种时间数字转换器及其误差校准装置与方法

技术领域

本发明属于时间测量领域，尤其涉及一种时间数字转换器及其误差校准装置与方法。

背景技术

时间数字转换器(time to digital converter，TDC)技术本质上是要解决超短时间间隔的测量问题。目前，在医学影像仪表、激光测距仪、超声波流量计、超声波密度仪、超声波厚度仪、磁滞伸缩定位，以及传感器应用中物理量(如电容、电阻、重量、密度、压力等)转化成频率和相位差后的测量等方面，TDC都有很好的应用前景。

现有的基于延迟环的时间数字转换器包括多个延迟单元、与多个延迟单元分别对应的多个触发器以及译码器(如图1所示)。时间间隔开始时，时间间隔对应的起始脉冲信号的上升沿在多个延迟单元中依次传输；时间间隔结束时，时间间隔对应的停止脉冲信号对多个触发器进行采样；译码器根据多个触发器各自对应的状态输出采样值，该采样值用于标识时间间隔结束时，起始脉冲信号传输经过的延迟单元的个数；时间间隔计算模块根据采样值与每个延迟单元的理论延迟时间计算时间间隔值(理论上，每个延迟单元的延迟时间均相等)。

然而，在实际电路中，由于版图和工艺的区别，每个延迟单元的延迟时间实际上并不完全相等，且每个触发器的响应速度也不完全相同，因此，通过现有的时间数字转换器计算得到的时间间隔值与实际值之间存在一定误差，影响测量结果的准确性。

综上可知，现有的时间数字转换器存在因每个延迟单元的延迟时间和触发器的响应速度存在区别而导致的测量精度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种时间数字转换器及其误差校准装置与方法，旨在解决现有的时间数字转换器所存在的因每个延迟单元的延迟时间和触发器的响应速度存在区别而导致的测量精度低的问题。

本发明是这样实现的，一种时间数字转换器的误差校准装置，所述误差校准装置与所述时间数字转换器中的时间数字转换模块连接，所述误差校准装置包括：采样控制模块、统计模块及时间间隔校准模块；

所述采样控制模块与所述时间数字转换模块和所述统计模块连接，所述统计模块与所述时间数字转换模块和所述时间间隔校准模块连接，所述时间间隔校准模块还与所述时间数字转换模块连接；

在校准模式下，所述时间数字转换模块接收校准信号，并将所述校准信号对应的起始脉冲信号在其多个延迟单元中进行循环延迟；所述采样控制模块控制所述校准信号对应的停止脉冲信号对延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号进行多次采样，以使所述时间数字转换模块输出多个校准采样值至所述统计模块，同时，所述采样控制模块输出采样总次数至所述统计模块；所述统计模块根据所述多个校准采样值与所述采样总次数，对所述时间数字转换模块中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，并输出校准数据；

在测量模式下，所述时间数字转换模块根据待测时间间隔对应的起始脉冲信号和停止脉冲信号输出与所述待测时间间隔对应的采样值；所述时间间隔校准模块根据所述采样值和所述校准数据，计算待测时间间隔值。

本发明还提供了一种时间数字转换器，所述时间数字转换器包括时间数字转换模块以及上述的误差校准装置。

本发明还提供了一种基于上述时间数字转换器的误差校准装置的误差校准方法，所述误差校准方法包括：

在校准模式下，在校准模式下，所述时间数字转换模块接收校准信号，并将所述校准信号对应的起始脉冲信号在其多个延迟单元中进行循环延迟；所述采样控制模块控制所述校准信号对应的停止脉冲信号对延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号进行多次采样，以使所述时间数字转换模块输出多个校准采样值至所述统计模块；

所述采样控制模块输出采样总次数至所述统计模块；

所述统计模块根据所述多个校准采样值与所述采样总次数，对所述时间数字转换模块中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，并输出校准数据；

在测量模式下，所述时间数字转换模块根据待测时间间隔对应的起始脉冲信号和停止脉冲信号输出与所述待测时间间隔对应的采样值；

所述时间间隔校准模块根据所述采样值和所述校准数据，计算待测时间间隔值。

本发明通过在时间数字转换器中采用包括采样控制模块、统计模块及时间间隔校准模块的误差校准装置，在校准模式下，由时间数字转换模块接收校准信号，并将校准信号对应的起始脉冲信号在其多个延迟单元中进行循环延迟；由采样控制模块控制校准信号对应的停止脉冲信号对延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号进行多次采样，以使时间数字转换模块输出多个校准采样值至统计模块，同时，由采样控制模块输出采样总次数至统计模块；由统计模块根据多个校准采样值和采样总次数，对时间数字转换模块中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，并输出校准数据；在测量模式下，由时间数字转换模块根据待测时间间隔对应的起始脉冲信号和停止脉冲信号输出与待测时间间隔对应的采样值；由时间间隔校准模块根据采样值和校准数据，计算待测时间间隔值，从而提高了时间数字转换器的测量精度，解决了现有的时间数字转换器所存在的因每个延迟单元的延迟时间和触发器的响应速度存在区别而导致的测量精度低的问题。

附图说明

图1是现有技术提供的时间数字转换器的模块结构图；

图2是本发明实施例提供的误差校准装置的模块结构图；

图3是本发明实施例提供的误差校准装置的电路结构图；

图4是本发明实施例提供的误差校准方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

图2示出了本发明实施例提供的误差校准装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图2所示，一种时间数字转换器的误差校准装置2，与时间数字转换器中的时间数字转换模块1连接，用于对根据时间数字转换模块1输出的采样值计算得到的时间间隔值进行校准。误差校准装置2包括：采样控制模块20、统计模块21及时间间隔校准模块22。

其中，采样控制模块20与时间数字转换模块1和统计模块21连接，统计模块21与时间数字转换模块1和时间间隔校准模块22连接，时间间隔校准模块22还与时间数字转换模块1连接。

在时间数字转换器进行初始化时，时间数字转换器进入校准模式，在校准模式下，误差校准装置对时间数字转换模块中的每个延迟单元的实际延迟时间进行校准，具体如下：

在校准模式下，时间数字转换模块1接收校准信号，并将校准信号对应的起始脉冲信号Start在其多个延迟单元中进行循环延迟；采样控制模块20控制校准信号对应的停止脉冲信号Stop对延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号Start进行多次采样，以使时间数字转换模块1输出多个校准采样值至统计模块21，同时，采样控制模块20输出采样总次数至统计模块21；统计模块21根据多个校准采样值与采样总次数，对时间数字转换模块1中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，并输出校准数据。

在测量模式下，时间数字转换模块1根据待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start和停止脉冲信号Stop输出与待测时间间隔对应的采样值；时间间隔校准模块22根据采样值和校准数据，计算待测时间间隔值。由于时间间隔校准模块22根据校准后的每个延迟单元的实际延迟时间计算待测时间检测值，因此，提高了对待测时间间隔值的测量精度。

在本发明实施例中，校准采样值用于标识在校准模式下，当校准信号对应的停止脉冲信号Stop到来时，校准信号对应的起始信号在多个延迟单元中的传输位置，即在采样时刻，校准信号对应的起始信号传输到第几个延迟单元，则校准采样值便为几。例如，在采样时刻，校准信号对应的起始信号传输到第2个延迟单元，则校准采样值为2。

同样的，采样值用于标识在测量模式下，当待测时间间隔对应的停止脉冲信号Stop到来时，待测时间间隔对应的起始信号在多个延迟单元中的传输位置，即在采样时刻，待测时间间隔对应的起始信号传输到第几个延迟单元，则采样值便为几。例如，在采样时刻，待测时间间隔对应的起始信号传输到第3个延迟单元，则采样值为3。

在本发明实施例中，采样控制模块20在对时间数字转换模块1的采样进行控制的同时，还对采样总次数进行记录，并将采样总次数输出至统计模块21。

在本发明实施例中，校准信号对应的停止脉冲信号Stop对延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号Start进行的采样时刻在大数量级的采样统计下可以认为是平均的，一般可设置校准信号对应的停止脉冲信号Stop对延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号Start进行100K数量级别的采样，以使统计模块21对每个延迟单元的实际延迟时间进行更加精确的计算。

在本发明实施例中，校准信号对应的停止脉冲信号Stop的采样周期大于校准信号对应的起始脉冲信号Start在延迟单元中的循环周期。

进一步的，统计模块21根据多个校准采样值，统计多次采样中校准信号对应的起始脉冲信号Start传输到每个延迟单元的次数，并根据公式计算时间数字转换模块中的每个延迟单元的实际延迟时间，统计模块21将每个延迟单元的实际延迟时间(即校准数据)输出至时间间隔校准模块22。

其中，Ti为第i个延迟单元的实际延迟时间，Ni为多次采样中校准信号对应的起始脉冲信号Start传输到第i个延迟单元的次数，N为采样总次数，k为时间数字转换模块中的延迟单元的个数，t1为每个延迟单元的理论延迟时间。

在本发明实施例中，统计模块21根据校准采样值，确定在采样时刻校准信号对应的起始脉冲信号Start到第几个延迟单元，并对多次采样中，校准信号对应的起始脉冲信号Start传输到每个延迟单元的次数进行统计。

在实际应用中，统计模块21可以包括分别与每个延迟单元对应的多个计数器，通过多个计数器分别对多次采样中校准信号对应的起始脉冲信号Start传输到每个延迟单元的次数进行记录。例如，第一次采样时刻，时间数字转换模块1输出的校准采样值为2，则统计模块21确定校准信号对应的起始脉冲信号Start传输到第二个延迟单元，则将与第二个延迟单元对应的计数器加1，以此类推，则可计算出多次采样中校准信号对应的起始脉冲信号Start传输到每个延迟单元的次数。

在测量模式下，时间数字转换模块1根据待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start和停止脉冲信号Stop输出与待测时间间隔对应的采样值具体过程为：

在测量模式下，待测时间间隔开始时，待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start的上升沿在时间数字转换模块1的多个延迟单元中进行依次延迟；待测时间间隔结束时，待测时间间隔对应的停止脉冲信号Stop对延迟后的待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start进行采样，时间数字转换模块1根据采样结果输出与待测时间间隔对应的采样值。

进一步的，时间间隔校准模块22根据公式计算待测时间间隔值。

其中，T为待测时间间隔值，j为与待测时间间隔对应的采样值，Ti为第i个延迟单元的实际延迟时间。

例如，当时间数字转换模块1输出的采样值为4时，则说明在采样时刻，待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start传输至第4个延迟单元，时间间隔校准模块22将前四个延迟单元对应的实际延迟时间进行加法运算，即可计算出待测时间间隔值。

图3示出了本发明实施例提供的误差校准装置的电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图3所示，时间数字转换模块1包括：多个延迟单元X1～Xn、与多个延迟单元X1～Xn分别对应的多个触发器FF1～FFn、检测单元12、第一多路选择器13、第二多路选择器14及译码单元11。

多个延迟单元X1～Xn从第一个延迟单元X1开始，按照前一个延迟单元的输出端连接后一个延迟单元的输入端的方式依次串联至最后一个延迟单元Xn，且第一个延迟单元X1的输入端与第一多路选择器13的输出端连接，最后一个延迟单元Xn的输出端与第一多路选择器13的第一输入端和检测单元12的输入端连接，最后一个单元Xn为第一反相器，检测单元12的输出端与译码单元11连接，多个触发器的FF1～FFn输入端D分别与多个延迟单元X1～Xn的输出端连接，多个触发器FF1～FFn的采样端C均与第二多路选择器14的输出端连接，多个触发器FF1～FFn的输出端Q分别与译码单元11的多个输入端连接，译码单元11的输出端与统计模块21和时间间隔校准模块22连接，最后一个触发器FFn的采样端C和第二多路选择器14的第一输入端分别与采样控制模块20的输入端和输出端连接。

在校准模式下，第一多路选择器13接收校准信号对应的起始脉冲信号Start，并将校准信号对应的起始脉冲信号Start输出至第一个延迟单元X1；多个延迟单元X1～Xn对校准信号对应的起始脉冲信号Start进行多次延迟后通过第一多路选择13器再次输入至第一个延迟单元X1，以使多次延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号Start在多个延迟单元X1～Xn中重新进行多次延迟，同时，最后一个延迟单元Xn将多次延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号Start输出至检测单元12；检测单元12对多次延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号Start进行检测，并根据检测结果输出循环延迟信息至译码单元11；其中，循环延迟信息为奇数轮延迟信息或偶数轮延迟信息；第二多路选择器14接收校准信号对应的停止脉冲信号Stop，并将校准信号对应的停止脉冲信号Stop输出至多个触发器FF1～FFn的采样端C，以使多个触发器FF1～FFn对延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号Start进行采样，并输出一组电平信号至译码单元11。

在本发明实施例中，检测单元12在接收到最后一个延迟单元Xn输出的信号时，检测单元12可对该信号进行检测，以根据检测结果输出奇数轮延迟信息或偶数轮延迟信息至统计模块21，例如，检测单元12可根据每次最后一个延迟单元Xn输出的信号中的高低电平时序奇数轮延迟信息或偶数轮延迟信息至统计模块21。

此外，检测单元12还可以采用计数的方式输出奇数轮延迟信息或偶数轮延迟信息至统计模块21，例如，每当检测单元12接收到最后一个延迟单元Xn输出的信号，检测单元12可根据接收到最后一个延迟单元Xn输出的信号的次数进行计数，并在奇数次接收到最后一个延迟单元Xn输出的信号时，输出奇数轮延迟信息至统计模块21，在偶数次接收到最后一个延迟单元Xn输出的信号时，输出偶数轮延迟信息至统计模块21。值得注意的是，当检测单元12还可以采用计数的方式输出奇数轮延迟信息或偶数轮延迟信息至统计模块21时，检测单元12可采用计数器实现。

在本发明实施例中，每进行一次采样，多个触发器FF1～FFn便输出一组电平信号。译码单元11根据电平信号与循环延迟信息确定校准采样值，并将校准采样值输出至统计模块21。

具体的，当循环延迟信息为奇数轮延迟信息，即校准信号对应的起始脉冲信号Start在多个延迟单元X1～Xn中进行奇数轮延迟时，译码单元11根据奇数轮延迟信息与多个触发器FF1～FFn输出的电平信号，计算电平信号中连续的高电平的个数，并根据连续的高电平的个数确定校准采样值。例如，若时间数字转换模块1包括7个延迟单元X1～X7和7个触发器FF1～FF7，且循环延迟信息为奇数轮延迟信息，则在校准信号对应的停止脉冲信号Stop的上升沿到来时，7个触发器FF1～FF7对奇数轮延迟的校准信号对应的起始脉冲信号Start进行采样，假设采样时刻，校准信号对应的起始脉冲信号Start传输至第3个延迟单元X3，则7个触发器FF1～FF7输出的电平信号为1110000，译码单元11计算电平信号1110000中的连续的高电平个数为3，则译码单元11确定校准采样值为3。

当循环延迟信息为偶数轮延迟信息，即校准信号对应的起始脉冲信号Start在多个延迟单元X1～Xn中进行偶数轮延迟时，译码单元11根据偶数轮延迟信息与多个触发器FF1～FFn输出的电平信号，计算电平信号中连续的低电平的个数，并根据连续的低电平的个数确定校准采样值。例如，若时间数字转换模块1包括7个延迟单元X1～X7和7个触发器FF1～FF7，且循环延迟信息为偶数轮延迟信息，则在校准信号对应的停止脉冲信号Stop的上升沿到来时，多个触发器FF1～FFn对偶数轮延迟的校准信号对应的起始脉冲信号Start进行采样，假设采样时刻，校准信号对应的起始脉冲信号Start传输至第4个延迟单元X4，则7个触发器FF1～FF7输出的电平信号为0000111，译码单元11计算电平信号0000111中的连续的低电平个数为4，则译码单元11确定校准采样值为4。

在实际应用中，除最后一个延迟单元Xn之外的其余延迟单元X1～X(n-1)可以通过缓冲器(buffer)来实现，也可以通过反相器来实现，当除最后一个延迟单元Xn之外的其余延迟单元X1～X(n-1)通过反相器实现时，多个延迟单元X1～Xn的个数必须为奇数，具体根据实际情况进行设置，此处不做限制。

需要说明的是，在本发明实施例中多个触发器FF1～FFn均为D触发器。

在测量模式下，待测时间间隔开始时，第一多路选择器13接收待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start，并将接收待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start输出至第一个延迟单元X1；多个延迟单元X1～Xn将待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start进行多次延迟；待测时间间隔结束时，第二多路选择器14接收待测时间间隔对应的停止脉冲信号Stop，并将待测时间间隔对应的停止脉冲信号Stop输出至多个触发器FF1～FFn的采样端；多个触发器FF1～FFn对延迟后的待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start进行采样，并输出一组电平信号至译码单元11；译码单元11根据电平信号输出与待测时间间隔对应的采样值至时间间隔校准模块22；时间间隔校准模块22根据采样值与统计模块21输出的多个延迟单元X1～Xn的实际延迟时间，计算待测时间间隔值。

例如，若多个触发器FF1～FFn对延迟后的待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start进行采样后输出的电平信号为1110000，则译码单元11确定采样值为3，假设第一个延迟单元X1、第二个延迟单元X2及第三个延迟单元X3的实际延迟时间分别为τ1、τ2及τ3，则时间间隔校准模块22将τ1、τ2及τ3进行加法运算，便得到待测时间间隔值。

进一步的，采样控制模块20包括多个采样延迟单元Y1～Yn、采样计数单元201和第二反相器202，多个采样延迟单元Y1～Yn从第一个采样延迟单元Y1开始，按照前一个采样延迟单元的输出端连接后一个采样延迟单元的输入端的方式依次串联至最后一个采样延迟单元，且第一个采样延迟单Y1的输入端为采样控制模块20的输入端，最后一个采样延迟单元Yn的输出端与第二反相器202的输入端连接，第二反相器202的输出端为采样控制模块20的输出端，采样计数单元201与第一个采样延迟单元Y1的输入端和统计模块21连接。

在校准模式下，多个采样延迟单元Y1～Yn对校准信号对应的停止脉冲信号Stop进行多次延迟后输出至第二反相器202，第二反相器202对校准信号对应的停止脉冲信号Stop进行反相，并将反相后的校准信号对应的停止脉冲信号Stop通过第二多路选择器14再次输入至多个触发器Y1～Yn的采样端，以使多个触发器Y1～Yn对延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号Start进行多次采样，并输出多组电平信号至译码单元11，进而使译码单元11根据多组电平信号和循环延迟信息输出多个校准采样值。

在本发明实施例中，当多个触发器Y1～Yn的采样端为高电平信号的上升沿时，多个触发器Y1～Yn对校准信号对应的起始脉冲信号Start进行采样。

在本发明实施例中，采样计数单元201对输入至第一个采样延迟单元Y1的信号进行检测，并根据检测结果计算采样总次数。具体的，采样计数单元201根据输入至第一个采样延迟单元Y1的信号为高电平的次数来计算采样总次数，即输入至第一个采样延迟单元Y1的信号为高电平时，采样计数单元201便进行一次计数。在实际应用中，采样计数单元201可通过加法器实现，也可以通过计数器实现，具体根据实际需求进行设置，此处不做限制。

需要说明的是，在本发明实施例中，在校准模式下，第一多路选择器13的第一输入端和第二多路选择器14的第一输入端输入的信号有效，第一多路选择器13的第二输入端和第二多路选择器14的第二输入端输入的信号无效；在测量模式下，第一多路选择器13的第一输入端和第二多路选择器14的第一输入端输入的信号无效，第一多路选择器13的第二输入端和第二多路选择器14的第二输入端输入的信号有效。因此，在测量模式下，多个延迟单元X1～Xn仅对待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start进行一轮延迟，待测时间间隔对应的停止脉冲信号Stop仅对延迟后的待测时间间隔对应的起始脉冲信号进行一次采样，译码单元11仅输出一个采样值。

在实际应用中，第一多路选择器13的控制端和第二多路选择器14的控制端可以共接于控制模块(图中未绘出)，以根据控制模块输出的控制信号Ctrl确定是校准模式还是测量模式。

本发明实施例还提供了一种时间数字转换器，该时间数字转换器包括时间数字转换模块1以及上述的误差校准装置2。其中，由于本发明实施例提供的时间数字转换器中的误差校准装置10与图2所示的误差校准装置2相同，因此，本发明实施例所提供的时间数字转换器的具体工作原理，可参考前述关于图2的详细描述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种基于误差校准装置2的误差校准方法，图4示出了本发明实施例提供的误差校准方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图4所示，本发明实施例所提供的误差校准方法包括以下步骤：

S101：在校准模式下，所述时间数字转换模块接收校准信号，并将所述校准信号对应的起始脉冲信号Start在其多个延迟单元中进行循环延迟；所述采样控制模块控制所述校准信号对应的停止脉冲信号Stop对延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号Start进行多次采样，以使所述时间数字转换模块输出多个校准采样值至所述统计模块。

S102：所述采样控制模块输出采样总次数至所述统计模块。

S103：所述统计模块根据所述多个校准采样值与所述采样总次数，对所述时间数字转换模块中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，并输出校准数据。

S104：在测量模式下，所述时间数字转换模块根据待测时间间隔对应的起始脉冲信号Start和停止脉冲信号Stop输出与所述待测时间间隔对应的采样值。

S105：所述时间间隔校准模块根据所述采样值和所述校准数据，计算待测时间间隔值。

进一步的，步骤S103具体可以包括以下步骤：

所述统计模块根据所述多个校准采样值，统计多次采样中所述校准信号对应的起始脉冲信号Start传输到每个延迟单元的次数，并根据公式计算所述时间数字转换模块中的每个延迟单元的实际延迟时间；

其中，Ti为第i个延迟单元的实际延迟时间，Ni为多次采样中所述校准信号对应的起始脉冲信号Start传输到第i个延迟单元的次数，N为采样总次数，k为所述时间数字转换模块中的延迟单元的个数，t1为每个延迟单元的理论延迟时间；

所述统计模块将所述每个延迟单元的实际延迟时间输出至所述时间间隔校准模块。

进一步的，步骤S105具体可以包括以下步骤：

所述时间间隔校准模块根据公式计算所述待测时间间隔值；

其中，T为待测时间间隔值，j为与所述待测时间间隔对应的采样值，Ti为第i个延迟单元的实际延迟时间。

由于本发明实施例中的步骤S101～步骤S105对应的误差校准方法是基于图2和图3对应的误差校准装置提出的，因此，对步骤S101～步骤S105的具体描述请参阅图2和图3以及图2和图3对应的实施例中的相关描述，此处不赘述。

本发明实施例通过在时间数字转换器中采用包括采样控制模块、统计模块及时间间隔校准模块的误差校准装置，在校准模式下，由时间数字转换模块接收校准信号，并将校准信号对应的起始脉冲信号在其多个延迟单元中进行循环延迟；由采样控制模块控制校准信号对应的停止脉冲信号对延迟后的校准信号对应的起始脉冲信号进行多次采样，以使时间数字转换模块输出多个校准采样值至统计模块，同时，由采样控制模块输出采样总次数至统计模块；由统计模块根据多个校准采样值和采样总次数，对时间数字转换模块中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，并输出校准数据；在测量模式下，由时间数字转换模块根据待测时间间隔对应的起始脉冲信号和停止脉冲信号输出与待测时间间隔对应的采样值；由时间间隔校准模块根据采样值和校准数据，计算待测时间间隔值，从而提高了时间数字转换器的测量精度，解决了现有的时间数字转换器所存在的因每个延迟单元的延迟时间和触发器的响应速度存在区别而导致的测量精度低的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种时间数字转换器的误差校准装置，其特征在于，所述误差校准装置与所述时间数字转换器中的时间数字转换模块连接，所述误差校准装置包括：采样控制模块、统计模块及时间间隔校准模块；

所述采样控制模块与所述时间数字转换模块和所述统计模块连接，所述统计模块与所述时间数字转换模块和所述时间间隔校准模块连接，所述时间间隔校准模块还与所述时间数字转换模块连接；

在校准模式下，所述时间数字转换模块接收校准信号，并将所述校准信号对应的起始脉冲信号在其多个延迟单元中进行循环延迟；所述采样控制模块控制所述校准信号对应的停止脉冲信号对延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号进行多次采样，以使所述时间数字转换模块输出多个校准采样值至所述统计模块，同时，所述采样控制模块输出采样总次数至所述统计模块；所述统计模块根据所述多个校准采样值与所述采样总次数，对所述时间数字转换模块中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，并输出校准数据；

在测量模式下，所述时间数字转换模块根据待测时间间隔对应的起始脉冲信号和停止脉冲信号输出与所述待测时间间隔对应的采样值；所述时间间隔校准模块根据所述待测时间间隔对应的采样值和所述校准数据，计算待测时间间隔值；

具体的，所述统计模块根据所述多个校准采样值，统计多次采样中所述校准信号对应的起始脉冲信号传输到每个延迟单元的次数，并根据公式计算所述时间数字转换模块中的每个延迟单元的实际延迟时间；

其中，Ti为第i个延迟单元的实际延迟时间，Ni为多次采样中所述校准信号对应的起始脉冲信号传输到第i个延迟单元的次数，N为采样总次数，k为所述时间数字转换模块中的延迟单元的个数，t1为每个延迟单元的理论延迟时间；

所述时间间隔校准模块根据公式计算所述待测时间间隔值；

其中，T为待测时间间隔值，j为与所述待测时间间隔对应的采样值，Ti为第i个延迟单元的实际延迟时间。

2.如权利要求1所述的误差校准装置，其特征在于，所述时间数字转换模块包括：多个延迟单元、与所述多个延迟单元分别对应的多个触发器、检测单元、第一多路选择器、第二多路选择器及译码单元；

所述多个延迟单元从第一个延迟单元开始，按照前一个延迟单元的输出端连接后一个延迟单元的输入端的方式依次串联至最后一个延迟单元，且所述第一个延迟单元的输入端与所述第一多路选择器的输出端连接，所述最后一个延迟单元的输出端与所述第一多路选择器的第一输入端和所述检测单元的输入端连接，所述最后一个延迟单元为第一反相器，所述检测单元的输出端与所述译码单元连接，所述多个触发器的输入端分别与所述多个延迟单元的输出端连接，所述多个触发器的采样端均与所述第二多路选择器的输出端连接，所述多个触发器的输出端分别与所述译码单元的多个输入端连接，所述译码单元的输出端与所述统计模块和所述时间间隔校准模块连接，最后一个触发器的采样端和所述第二多路选择器的第一输入端分别与所述采样控制模块的输入端和输出端连接；

在校准模式下，所述第一多路选择器接收所述校准信号对应的起始脉冲信号，并将所述校准信号对应的起始脉冲信号输出至所述第一个延迟单元；所述多个延迟单元对所述校准信号对应的起始脉冲信号进行多次延迟后通过所述第一多路选择器再次输入至所述第一个延迟单元，以使多次延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号在所述多个延迟单元中重新进行多次延迟，同时，所述最后一个延迟单元将多次延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号输出至所述检测单元；所述检测单元对多次延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号进行检测，并根据检测结果输出循环延迟信息至所述译码单元；其中，所述循环延迟信息为奇数轮延迟信息或偶数轮延迟信息；所述第二多路选择器接收所述校准信号对应的停止脉冲信号，并将所述校准信号对应的停止脉冲信号输出至所述多个触发器的采样端，以使所述多个触发器对延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号进行采样，并输出一组电平信号至所述译码单元。

3.如权利要求2所述的误差校准装置，其特征在于，所述采样控制模块包括多个采样延迟单元、采样计数单元及第二反相器；

所述多个采样延迟单元从第一个采样延迟单元开始，按照前一个采样延迟单元的输出端连接后一个采样延迟单元的输入端的方式依次串联至最后一个采样延迟单元，且所述第一个采样延迟单元的输入端为所述采样控制模块的输入端，所述最后一个采样延迟单元的输出端与所述第二反相器的输入端连接，所述第二反相器的输出端为所述采样控制模块的输出端；所述采样计数单元与所述第一个采样延迟单元的输入端和所述统计模块连接；

在校准模式下，所述多个采样延迟单元对所述校准信号对应的停止脉冲信号进行多次延迟后输出至所述第二反相器；所述第二反相器对所述校准信号对应的停止脉冲信号进行反相，并将反相后的所述校准信号对应的停止脉冲信号通过所述第二多路选择器再次输入至所述多个触发器的采样端，以使所述多个触发器对延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号进行多次采样，并输出多组电平信号至所述译码单元，进而使所述译码单元根据所述多组电平信号和所述循环延迟信息输出多个校准采样值。

4.一种时间数字转换器，其特征在于，所述时间数字转换器包括时间数字转换模块以及如权利要求1至3任一项所述的误差校准装置。

5.一种基于权利要求1所述的时间数字转换器的误差校准装置的误差校准方法，其特征在于，所述误差校准方法包括：

在校准模式下，所述时间数字转换模块接收校准信号，并将所述校准信号对应的起始脉冲信号在其多个延迟单元中进行循环延迟；所述采样控制模块控制所述校准信号对应的停止脉冲信号对延迟后的所述校准信号对应的起始脉冲信号进行多次采样，以使所述时间数字转换模块输出多个校准采样值至所述统计模块；

所述采样控制模块输出采样总次数至所述统计模块；

所述统计模块根据所述多个校准采样值与所述采样总次数，对所述时间数字转换模块中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，并输出校准数据；

在测量模式下，所述时间数字转换模块根据待测时间间隔对应的起始脉冲信号和停止脉冲信号输出与所述待测时间间隔对应的采样值；

所述时间间隔校准模块根据所述待测时间间隔对应的采样值和所述校准数据，计算待测时间间隔值；

所述统计模块根据所述多个校准采样值与所述采样总次数，对所述时间数字转换模块中的每个延迟单元的延迟时间进行误差校准，并输出校准数据具体包括：

所述统计模块根据所述多个校准采样值，统计多次采样中所述校准信号对应的起始脉冲信号传输到每个延迟单元的次数，并根据公式计算所述时间数字转换模块中的每个延迟单元的实际延迟时间；

其中，Ti为第i个延迟单元的实际延迟时间，Ni为多次采样中所述校准信号对应的起始脉冲信号传输到第i个延迟单元的次数，N为采样总次数，k为所述时间数字转换模块中的延迟单元的个数，t1为每个延迟单元的理论延迟时间；

所述统计模块将所述每个延迟单元的实际延迟时间输出至所述时间间隔校准模块；

所述时间间隔校准模块根据所述采样值和所述校准数据，计算待测时间间隔值具体包括：

所述时间间隔校准模块根据公式计算所述待测时间间隔值；

其中，T为待测时间间隔值，j为与所述待测时间间隔对应的采样值，Ti为第i个延迟单元的实际延迟时间。