DE112013007002T5

DE112013007002T5 - Ringförmiger Zeit-Digital-Wandler und dessen Verfahren

Info

Publication number: DE112013007002T5
Application number: DE112013007002.2T
Authority: DE
Inventors: Caihua Song; Xianghui Zhu; Xianni Wang
Original assignee: Jiangxi Sanchuan Water Meter Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Sanchuan Water Meter Co Ltd
Priority date: 2013-04-27
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2016-03-17
Also published as: US9477207B2; US20160132024A1; WO2014173050A1; CN103297054B; CN103297054A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen ringförmigen Zeit-Digital-Wandler und dessen Verfahren zur Verfügung. Der ringförmige Zeit-Digital-Wandler weist auf: einen Impulsformer zur Formung des eingegebenen Startimpulses und Stoppimpulses in einen Impulsausgang mit der festen Breite; mindestens zwei Differenzvergleichseinheiten, die dazu dienen, dass bei der Anpassungsfreigabe der Trigger in der Differenzvergleichseinheit das Einstellende auf 1 einstellt; einen Kreiszähler zur Zählung der Anzahl der Ausbreitung eines Impulses im Kreis; eine Anpassungsfreigabelogikeinrichtung, die dazu dient, das Anpassungsfreigabesignal zu erzeugen und das erzeugte Anpassungsfreigabesignal an den Vergleichsfreigabeanschluss der Differenzvergleichseinheit zu übertragen; mindestens zwei Ringsinnenpositionscodierer zum Auffinden der Position der ersten angepassten Einheit in Übereinstimmung mit dem von den Differenzvergleichseinheiten übertragenen Anpassungssignal; ein Ergebnisaufnahmeregister zur Erfassung der Kreisanzahl und der Ringsinnenposition beim Stattfinden einer Anpassung. Die vorliegende Erfindung stellt einen ringförmigen Zeit-Digital-Wandler und dessen Verfahren zur Verfügung, wobei eine hohe Auflösung durch die Verwendung einer Differenzkette erreicht und die Waferfläche durch ringförmiges Design gespart wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Zeitmessung, insbesondere einen ringförmigen Zeit-Digital-Wandler und dessen Verfahren.
Stand der Technik
Der Zeit-Digital-Wandler (Time-to-Digital Converter, TDC) ist ein Zeitgeber, der das Zeitintervall ins digitale Signal wandelt. Er hat eine weit ausbreitete Verwendung auf dem Zeitmessungsgebiet, wie Flugzeitmessung, Phasendetektor im Phasenregelkreis, Datenwandler, Hochgeschwindigkeits-Signalerfassung, Demodulator und andere Messungen oder Gerätsanwendungen. Es ist das Hauptziel der Entwicklung von TDC, die Auflösung zu erhöhen und einen größeren Dynamikbereich zu bieten, denn die Differenzkette kann eine Auflösung niedriger als Gate-Level-Verzögerung realisieren und ringförmiges-TDC hat einen kleineren Platzbedarf und einen größeren Dynamikbereich.
Aus dem Stand der Technik bestehen zwei Verfahren zur Realisierung von TDC mit Hilfe der Differenzkette: A. Zweistufiges Verfahren, dabei wird zuerst die Zeitgrobmessung realisiert, dann erfolgt die Messung mit Hilfe der Differenzkette; B. Unter der Verwendung der ringförmigen Differenzstruktur werden die Informationen wie Grobzählwerte, Feinzählwerte und Ringsinnenpositionen bei der Messung aufgezeichnet, dann werden die Messergebnisse durch die Berechnung erhalten.
Jedoch benötigt das Verfahren A aus dem Stand der Technik eine zusätzliche Messschaltung, die einen zu großen Platzbedarf und eine relativ komplizierte Struktur hat. Das Verfahren B kann nur ringförmig realisiert werden, trotz des geschickten Verfahrens ist die Berechnung kompliziert, dabei sind mehrere Parameter betroffen.
Inhalt der Erfindung
(1) Das zu lösende technische Problem
Die vorliegende Erfindung offenbart einen ringförmigen Zeit-Digital-Wandler und dessen Verfahren, dabei ist es das Ziel, die Probleme aus dem Stand der Technik zu lösen, dass der Zeit-Digital-Wandler einen relativ großen Platzbedarf hat und die Berechnung kompliziert ist.
(2) Technische Lösung
Die vorliegende Erfindung offenbart einen ringförmigen Zeit-Digital-Wandler, aufweisend:
einen Impulsformer zur Formung des eingegebenen Startimpulses und Stoppimpulses in einen Impulsausgang mit fester Breite;
mindestens zwei Differenzvergleichseinheiten, die dazu dienen, dass bei der Anpassungsfreigabe der Trigger in der Differenzvergleichseinheit das Einstellende auf 1 einstellt;
einen Kreiszähler zur Zählung der Anzahl der Ausbreitung eines Impulses im Kreis;
eine Anpassungsfreigabelogikeinrichtung, die dazu dient, das Anpassungsfreigabesignal zu erzeugen und das erzeugte Anpassungsfreigabesignal an den Vergleichsfreigabeanschluss der Differenzvergleichseinheit zu übertragen;
mindestens zwei Ringsinnenpositionscodierer zum Auffinden der Position der angepassten Einheit in Übereinstimmung mit dem von den Differenzvergleichseinheiten übertragenen Anpassungssignal;
ein Ergebnisaufnahmeregister zur Erfassung der ausbreitenden Kreisanzahl in dem Ring und der anpassenden Position beim Stattfinden einer Anpassung.
Bevorzugt ist die Differenzvergleichseinheit durch zwei Puffer, einen Trigger, ein UND-Gate und ein ODER-Gate ausgebildet.
Bevorzugt besteht eine Verzögerungsdifferenz von Tr zwischen die zwei Puffer.
Bevorzugt dient das UND-Gate in der Differenzvergleichseinheit dazu, ein logisches UND für die Ausgangssignale von den beiden Puffer und das Anpassungsfreigabesignal auszuführen und sie ans Einstellende des Triggers zu übertragen.
Bevorzugt ist der Trigger ein RS-Trigger.
Bevorzugt weist der Kreiszähler zwei Eingangsanschlüsse auf, die jeweils Ci-Anschluss und Cr-Anschluss sind, wobei der Ci-Anschluss der Kreiszählwert der langen Verzögerungsschleife ist, und wobei der Cr-Anschluss der Kreiszählwert der kurzen Verzögerungsschleife ist.
Bevorzugt ist die Anpassungsfreigabelogikeinrichtung ein RS-Trigger, wobei die Anpassungsfreigabelogikeinrichtung das Anpassungsfreigabesignal erzeugt, wenn die Kreiszählwerte des Ci-Anschlusses und des Cr-Anschlusses miteinander identisch sind.
Weiter stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren der ringförmigen Zeit-Digital-Wandlung zur Verfügung, wobei das Verfahren umfasst:
S1: dass an die beiden Eingangsanschlüsse des Impulsformers jeweils der Startimpuls und der Stoppimpuls übertragen werden, wobei der Startimpuls und der Stoppimpuls in einen Impulsausgang mit der festen Breite geformt werden;
S2: dass der ausgegebene Startimpuls und der ausgegebene Stoppimpuls jeweils an die lange Verzögerungsschleife und die kurze Verzögerungsschleife übertragen werden;
S3: dass der Ci-Anschluss des Kreiszählers plus 1 ist, wenn die steigende Flanke des Startimpulses den Ci-Anschluss des Kreiszählers erreicht;
wobei der Cr-Anschluss des Kreiszählers plus 1 ist, wenn die steigende Flanke des Stoppimpulses den Cr-Anschluss des Kreiszählers erreicht;
S4: dass die Anpassungsfreigabelogikeinrichtung das Anpassungsfreigabesignal erzeugt, wenn der Ci-Anschluss und der Cr-Anschluss des Kreiszählers miteinander identisch sind, wobei der Trigger der Differenzvergleichseinheit das Einstellende auf 1 einstellt, und wobei die Anpassungsposition der Anpassungseinheit aufgezeichnet wird, und wobei das erzeugte Anpassungsfreigabesignal an den Vergleichsfreigabeanschluss der Differenzvergleichseinheit übertragen wird;
S5: dass das Anpassungsfreigabesignal über die Anpassungstransportkette übertragen wird, wobei das Ergebnisaufnahmeregister die Zählwerte im Kreiszähler und die Codierungswerte der Ringsinnenposition aufzeichnet.
Bevorzugt umfasst das Verfahren vor dem Schritt S1 weiter die Initialisierung des ringförmigen Zeit-Digital-Wandlers.
Bevorzugt ist das Initialisierungsverfahren des ringförmigen Zeit-Digital-Wandlers wie folgt:
dass der Trigger im ringförmigen Zeit-Digital-Wandler zurückgesetzt wird, wobei der Ring über das UND-Gate am Eingang der langen Verzögerungsschleife und der kurzen Verzögerungsschleife gebrochen und gelöscht wird.
Bevorzugt überträgt der Kreiszähler im Schritt S5 die Zählwerte ans erste Ergebnisaufnahmeregister;
wobei der Ringsinnenpositionscodierer in Übereinstimmung mit der Codierung des Anpassungssignalsausgangs die Codierungswerte der Ringsinnenposition ans zweite Ergebnisaufnahmeregister überträgt.
(3) Vorteile
Die vorliegende Erfindung stellt einen ringförmigen Zeit-Digital-Wandler und dessen Verfahren zur Verfügung, wobei eine hohe Auflösung durch die Verwendung einer Differenzkette erreicht und die Waferfläche durch ringförmiges Design gespart wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine schematische Darstellung des ringförmigen Zeit-Digital-Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Differenzvergleichseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm der Verfahren von dem ringförmigen Zeit-Digital-Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Ausführungsformen
Im Zusammenhang mit Figuren in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die technische Lösung in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Folgenden näher erläutert.
Die vorliegende Erfindung offenbart einen ringförmigen Zeit-Digital-Wandler, wie in 1 dargestellt, weist der ringförmige Zeitwandler vor allem auf:
einen Impulsformer, der zum Eingang eines Impulses mit einer beliebigen Breite dient, wobei der Impuls mit einer beliebigen Breite in einen Impulsausgang mit der festen Breite gewandelt wird, um den eingegebenen Startimpuls und Stoppimpuls in einen Impulsausgang mit der festen Breite zu formen;
mindestens zwei Differenzvergleichseinheiten, wie in 2 dargestellt ist, ist die Differenzvergleichseinheit ein Glied der Differenzkette. Die Differenzvergleichseinheit ist durch zwei Puffer, einen Trigger, ein UND-Gate und ein ODER-Gate ausgebildet. Es beteht eine Verzögerungsdifferenz von Tr zwischen die zwei Puffer. Dabei ist delay die Einheit der langen Verzögerung, und buf ist die Einheit der kurzen Verzögerung. Sie dienen dazu, dass bei der Anpassungsfreigabe der Trigger in der Differenzvergleichseinheit das Einstellende auf 1 einstellt. Der Trigger ist ein RS-Trigger und dient als Ergebnisaufnahmetrigger in der Differenzvergleichseinheit;
einen Kreiszähler zur Zählung der Anzahl der Ausbreitung eines Impulses im Kreis, wobei der Kreiszähler zwei Eingangsanschlüsse aufweist, die jeweils Ci-Anschluss und Cr-Anschluss sind, und wobei der Ci-Anschluss der Kreiszählwert der langen Verzögerungsschleife ist, und wobei der Cr-Anschluss der Kreiszählwert der kurzen Verzögerungsschleife ist;
eine Anpassungsfreigabelogikeinrichtung, die dazu dient, das Anpassungsfreigabesignal zu erzeugen und das erzeugte Anpassungsfreigabesignal an den Vergleichsfreigabeanschluss der Differenzvergleichseinheit zu übertragen;
mindestens zwei Ringsinnenpositionscodierer zum Auffinden der Position der angepassten Einheit in Übereinstimmung mit dem von den Differenzvergleichseinheiten übertragenen Anpassungssignal;
einen Ergebnisaufnahmeregister zur Erfassung der ausbreitenden Kreisanzahl in dem Ring und der anpassenden Position beim Stattfinden einer Anpassung.
Das UND-Gate in der Differenzvergleichseinheit dient dazu, ein logisches UND für die Ausgangssignale von den beiden Puffer und das Vergleichsfreigabesignal auszuführen und sie ans Einstellende des Triggers zu übertragen.
Die Anpassungsfreigabelogikeinrichtung ist ein RS-Trigger. Wenn die Kreiszählwerte des Ci-Anschlusses und des Cr-Anschlusses miteinander identisch sind, erzeugt die Anpassungsfreigabelogikeinrichtung das Anpassungsfreigabesignal.
Weiter stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren der ringförmigen Zeit-Digital-Wandlung zur Verfügung. Das Ablaufdiagramm des Verfahrens ist wie in 3 dargestellt, wobei das Verfahren umfasst:
S1: dass an die beiden Eingangsanschlüsse des Impulsformers jeweils der Startimpuls und der Stoppimpuls übertragen werden, wobei der Startimpuls und der Stoppimpuls in einen Impulsausgang mit der festen Breite geformt werden;
S2: dass der ausgegebene Startimpuls und der ausgegebene Stoppimpuls jeweils an die lange Verzögerungsschleife und die kurze Verzögerungsschleife übertragen werden;
S3: dass der Ci-Anschluss des Kreiszählers plus 1 ist, wenn die steigende Flanke des Startimpulses den Ci-Anschluss des Kreiszählers erreicht; wobei der Cr-Anschluss des Kreiszählers plus 1 ist, wenn die steigende Flanke des Stoppimpulses den Cr-Anschluss des Kreiszählers erreicht;
S4: dass die Anpassungsfreigabelogikeinrichtung das Anpassungsfreigabesignal erzeugt, wenn der Ci-Anschluss und der Cr-Anschluss des Kreiszählers miteinander identisch sind, wobei der Trigger der Differenzvergleichseinheit das Einstellende auf 1 einstellt, und wobei die Anpassungsposition der Anpassungseinheit aufgezeichnet wird, und wobei das erzeugte Anpassungsfreigabesignal an den Vergleichsfreigabeanschluss der Differenzvergleichseinheit übertragen wird;
S5: dass das Anpassungsfreigabesignal über die Anpassungstransportkette übertragen wird, wobei der Ergebnisaufnahmeregister die Zählwerte im Kreiszähler und die Codierungswerte der Ringsinnenposition aufzeichnet.
Vor dem Schritt S1 umfasst das Verfahren weiter die Initialisierung des ringförmigen Zeit-Digital-Wandlers. Das Initialisierungsverfahren des ringförmigen Zeit-Digital-Wandlers ist wie folgt:
dass der Trigger im ringförmigen Zeit-Digital-Wandler zurückgesetzt wird, wobei der Ring über das UND-Gate am Eingang der langen Verzögerungsschleife und der kurzen Verzögerungsschleife gebrochen und gelöscht wird.
Der Kreiszähler überträgt die Zählwerte zur Aufzeichnung ans erste Ergebnisaufnahmeregister Y;
In Übereinstimmung mit der Codierung des Anpassungssignalsausgangs überträgt der Ringsinnenpositionscodierer die Codierungswerte der Ringsinnenposition zur Aufzeichnung ans zweite Ergebnisaufnahmeregister X.
Die vorstehenden Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Durchschnittsfachmann auf den betroffenen technischen Gebieten können auch verschiedene Änderungen und Varianten ausführen, ohne vom Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Aufgrund dessen fallen alle äquivalenten technischen Lösungen auch in den Umfang der vorliegenden Erfindung. Der Patentschutzumfang der vorliegenden Erfindung soll durch die Ansprüche definiert werden.

Claims

Ringförmiger Zeit-Digital-Wandler, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: einen Impulsformer zur Formung des eingegebenen Startimpulses und Stoppimpulszures in einen Impulsausgang mit der festen Breite; mindestens zwei Differenzvergleichseinheiten, die dazu dienen, dass bei der Anpassungsfreigabe der Trigger in der Differenzvergleichseinheit das Einstellende auf 1 einstellt; einen Kreiszähler zur Zählung der Anzahl der Ausbreitung eines Impulses im Kreis; eine Anpassungsfreigabelogikeinrichtung, die dazu dient, das Anpassungsfreigabesignal zu erzeugen und das erzeugte Anpassungsfreigabesignal an den Vergleichsfreigabeanschluss der Differenzvergleichseinheit zu übertragen; mindestens zwei Ringsinnenpositionscodierer zum Auffinden der angepassten Position der angepassten Einheit in Übereinstimmung mit dem von den Differenzvergleichseinheiten übertragenen Anpassungssignal; ein Ergebnisaufnahmeregister zur Erfassung der ausbreitenden Kreisanzahl in dem Ring und der anpassenden Position beim Stattfinden einer Anpassung.
Ringförmiger Zeit-Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzvergleichseinheit durch zwei Puffer, einen Trigger, ein UND-Gate und ein ODER-Gate ausgebildet ist.
Ringförmiger Zeit-Digital-Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es besteht ein Verzögerungsdifferenz von Tr zwischen die zwei Puffer.
Ringförmiger Zeit-Digital-Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das UND-Gate in der Differenzvergleichseinheit dazu dient, ein logisches UND für die Ausgangssignale von den beiden Puffer und das Anpassungsfreigabesignal auszuführen und sie ans Einstellende des Triggers zu übertragen.
Ringförmiger Zeit-Digital-Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trigger ein RS-Trigger ist.
Ringförmiger Zeit-Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreiszähler zwei Eingangsanschlüsse aufweist, die jeweils Ci-Anschluss und Cr-Anschluss sind, wobei der Ci-Anschluss der Kreiszählwert der langen Verzögerungsschleife ist, und wobei der Cr-Anschluss der Kreiszählwert der kurzen Verzögerungsschleife ist.
Ringförmiger Zeit-Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsfreigabelogikeinrichtung ein RS-Trigger ist, wobei die Anpassungsfreigabelogikeinrichtung das Anpassungsfreigabesignal erzeugt, wenn die Kreiszählwerte des Ci-Anschlusses und des Cr-Anschlusses miteinander identisch sind.
Verfahren der ringförmigen Zeit-Digital-Wandlung, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: S1: dass an die beiden Eingangsanschlüsse des Impulsformers jeweils der Startimpuls und der Stoppimpuls übertragen werden, wobei der Startimpuls und der Stoppimpuls in einen Impulsausgang mit der festen Breite geformt werden; S2: dass der ausgegebene Startimpuls und der ausgegebene Stoppimpuls jeweils an die lange Verzögerungsschleife und die kurze Verzögerungsschleife übertragen werden; S3: dass der Ci-Anschluss des Kreiszählers plus 1 ist, wenn die steigende Flanke des Startimpulses den Ci-Anschluss des Kreiszählers erreicht; wobei der Cr-Anschluss des Kreiszählers plus 1 ist, wenn die steigende Flanke des Stoppimpulses den Cr-Anschluss des Kreiszählers erreicht; S4: dass die Anpassungsfreigabelogikeinrichtung das Anpassungsfreigabesignal erzeugt, wenn der Ci-Anschluss und der Cr-Anschluss des Kreiszählers miteinander identisch sind, wobei der Trigger der Differenzvergleichseinheit das Einstellende auf 1 einstellt, und wobei die Anpassungsposition der Anpassungseinheit aufgezeichnet wird, und wobei das erzeugte Anpassungsfreigabesignal an den Vergleichsfreigabeanschluss der Differenzvergleichseinheit übertragen wird; S5: dass das Anpassungsfreigabesignal über die Anpassungstransportkette übertragen wird, wobei das Ergebnisaufnahmeregister die Zählwerte im Kreiszähler und die Codierungswerte der Ringsinnenposition aufzeichnet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren vor dem Schritt S1 weiter die Initialisierung des ringförmigen Zeit-Digital-Wandlers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Initialisierungsverfahren des ringförmigen Zeit-Digital-Wandlers wie folgt ist: dass der Trigger im ringförmigen Zeit-Digital-Wandler zurückgesetzt wird, wobei der Ring über das UND-Gate am Eingang der langen Verzögerungsschleife und der kurzen Verzögerungsschleife gebrochen und gelöscht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreiszähler im Schritt S5 die Zählwerte ans erste Ergebnisaufnahmeregister überträgt; wobei der Ringsinnenpositionscodierer in Übereinstimmung mit der Codierung des Anpassungssignalsausgangs die Codierungswerte der Ringsinnenposition ans zweite Ergebnisaufnahmeregister überträgt.