KR101056015B1 - Time-to-Digital Converters and Time-to-Digital Conversion Methods for Higher Order Noise Shaping - Google Patents
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Abstract
2차 노이즈 쉐이핑(noise shaping)이 가능한 시간-디지털 변환기는 제 1 디지털 입력 신호 및 제 2 디지털 입력 신호에 응답하여 상기 제 1 디지털 입력 신호 및 상기 제 2 디지털 입력 신호 사이의 시간 간격을 디지털화한 제 1 디지털 출력 신호 및 상기 디지털화에 의한 양자화 에러(quantization error)에 해당하는 시간 간격을 증폭하여 상승 에지들 사이에 상기 증폭된 시간 간격을 가지는 제 1 시간 간격 출력 신호 및 제 2 시간 간격 출력 신호를 생성하는 제 1 시간-디지털 변환부, 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호에 응답하여 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호 사이의 시간 간격을 디지털화한 제 2 디지털 출력 신호를 생성하는 제 2 시간-디지털 변환부 및 상기 제 2 디지털 출력 신호 및 상기 제 1 디지털 출력 신호에 응답하여 2차 노이즈 쉐이핑된 변환신호를 생성하는 신호변환부를 포함한다.A time-to-digital converter capable of secondary noise shaping is a first digital signal obtained by digitizing a time interval between the first digital input signal and the second digital input signal in response to a first digital input signal and a second digital input signal. Amplifying a digital output signal and a time interval corresponding to the quantization error caused by the digitization to generate a first time interval output signal and a second time interval output signal having the amplified time interval between rising edges. A first time-digital converter configured to digitize a time interval between the first time interval output signal and the second time interval output signal in response to the first time interval output signal and the second time interval output signal; A second time-to-digital converter for generating a second digital output signal and the second digital output signal and the first digital; In response to the output signal it includes a second order noise shaping to produce a converted signal converted signal.
Description
본 발명은 시간-디지털 변환기(Time-to-Digital Converter, TDC)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개폐환형발진기(Gated-Ring Oscillator, GRO)를 이용하여 높은 차수의 노이즈 쉐이핑(noise shaping)이 가능한 시간-디지털 변환기 및 시간-디지털 변환 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체 공정 기술이 발전함에 따라 디지털 신호의 천이시간(transition time)은 감소하게 되어 시간 기반의 해상도가 증가하게 되었다. 이에 따라 시간 기반에서 동작하는 회로에 관한 연구와 더불어 시간-디지털 변환기의 성능 향상에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.As semiconductor process technology advances, the transition time of digital signals decreases, increasing the time-based resolution. Accordingly, researches on circuits that operate on a time basis and on performance improvement of time-to-digital converters are being actively conducted.
양자화 에러(quantization error)를 줄여 시간-디지털 변환기의 성능을 향상시키기 위한 방안으로 개폐환형발진기를 이용하여 1차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기가 알려져 있다. 상기와 같은 1차 노이즈 쉐이핑 가능한 시간-디지털 변환기를 사용하는 경우 저주파 대역에서는 상대적으로 양자화 노이즈를 줄일 수 있다. 하지만 점점 더 높은 사양의 시스템이 요구됨에 따라 시간-디지털 변환기의 양자화 노이즈를 더욱 줄이는 것이 필요하다. As a method for improving the performance of a time-to-digital converter by reducing a quantization error, a time-digital converter capable of primary noise shaping using an open / close ring oscillator is known. In the case of using the first-order noise-shaping time-digital converter as described above, quantization noise may be relatively reduced in a low frequency band. However, as more and more demanding systems are required, it is necessary to further reduce the quantization noise of the time-to-digital converter.
양자화 노이즈를 줄이기 위해서는 개폐환형발진기에서 사용되는 발진 주파수를 높여서 사용가능한 최소 시간 간격을 더욱 작게 만들어야 한다. 하지만 발진 주파수가 증가하게 되면 전력 소비가 증가하고 회로 설계가 어려워진다는 문제점이 있다.In order to reduce the quantization noise, the oscillation frequency used in the switching oscillator should be increased to make the minimum usable time interval smaller. However, increasing the oscillation frequency increases power consumption and makes circuit design difficult.
이에 따라, 본 발명의 일 목적은 시간을 디지털화한 디지털 출력 신호 및 양자화 에러 정보를 동시에 제공하는 시간-디지털 변환기를 제공하는데 있다.Accordingly, one object of the present invention is to provide a time-to-digital converter that simultaneously provides a time-digitized digital output signal and quantization error information.
본 발명의 일 목적은 높은 차수의 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기를 제공하는데 있다.One object of the present invention is to provide a time-to-digital converter capable of high order noise shaping.
본 발명의 일 목적은 높은 차수의 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a time-to-digital conversion method capable of high order noise shaping.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시간을 디지털화한 디지털 출력 신호 및 양자화 에러 정보를 동시에 제공하는 시간-디지털 변환기는 제 1 디지털 입력 신호 및 제 2 디지털 입력 신호에 응답하여 상기 제 1 디지털 입력 신호의 상승 에지(rising edge)로부터 상기 제 2 디지털 입력 신호의 상승 에지까지의 시간 간격 동안에 인에이블(enable)되는 인에이블 신호를 생성하는 인에이블 신호 생성기, 상기 인에이블 신호에 응답하여 발진신호를 생성하는 개폐환형발진기, 상기 발진신호에 응답하여 상기 발진신호의 상승 에지의 개수에 해당하는 디지털 출력 신호를 생성하는 카운터 및 상기 인에이블 신호 및 상기 발진신호에 응답하여 상승 에지들 사이에 시간 간격을 가지는 제 1 시간 간격 출력 신호 및 제 2 시간 간격 출력 신호를 생성하는 시간 증폭기를 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, a time-to-digital converter for simultaneously providing a digitized digital output signal and quantization error information according to an embodiment of the present invention is a first digital input signal and a second digital input An enable signal generator that generates an enable signal that is enabled during a time interval from a rising edge of the first digital input signal to a rising edge of the second digital input signal in response to the signal; An open / close ring oscillator for generating an oscillation signal in response to an enable signal, a counter for generating a digital output signal corresponding to the number of rising edges of the oscillation signal in response to the oscillation signal, and the enable signal and the oscillation signal A first time interval output signal and a second time interval having a time interval between rising edges It includes an amplifier for generating a time output signal.
실시예에 있어서, 상기 시간 증폭기는 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상 기 제 2 시간 간격 출력 신호의 상승 에지들 사이의 시간 간격이 상기 발진신호의 마지막 상승 에지로부터 상기 가능신호의 하강 에지까지의 시간 간격을 증폭한 시간 간격에 해당하도록 할 수 있다.In an embodiment, the time amplifier further comprises a time interval between rising edges of the first time interval output signal and the second time interval output signal from the last rising edge of the oscillation signal to the falling edge of the enable signal. The time interval may correspond to the amplified time interval.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기는 제 1 디지털 입력 신호 및 제 2 디지털 입력 신호에 응답하여 상기 제 1 디지털 입력 신호 및 상기 제 2 디지털 입력 신호 사이의 시간 간격을 디지털화한 제 1 디지털 출력 신호 및 상기 디지털화에 의한 양자화 에러에 해당하는 시간 간격을 증폭하여 상승 에지들 사이에 상기 증폭된 시간 간격을 가지는 제 1 시간 간격 출력 신호 및 제 2 시간 간격 출력 신호를 생성하는 제 1 시간-디지털 변환부, 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호에 응답하여 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호 사이의 시간 간격을 디지털화한 제 2 디지털 출력 신호를 생성하는 제 2 시간-디지털 변환부 및 상기 제 2 디지털 출력 신호 및 상기 제 1 디지털 출력 신호에 응답하여 2차 노이즈 쉐이핑된 변환신호를 생성하는 신호변환부를 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, the second-order noise-shaping time-to-digital converter according to an embodiment of the present invention is the first digital input in response to the first digital input signal and the second digital input signal A first time having the amplified time interval between rising edges by amplifying a time interval corresponding to the digitization error caused by the digitization and the first digital output signal which is digitized the time interval between the signal and the second digital input signal A first time-digital converter for generating an interval output signal and a second time interval output signal, the first time interval output signal and the second in response to the first time interval output signal and the second time interval output signal; A second time-digital converter for generating a second digital output signal obtained by digitizing the time interval between the time interval output signals The second by a digital output signal and responsive to the first digital output signal and comprising a second order noise shaping to produce a converted signal converted signal.
실시예에 있어서, 상기 제 1 시간-디지털 변환부는 상기 제 1 디지털 입력 신호 및 상기 제 2 디지털 입력 신호에 응답하여 상기 제 1 디지털 입력 신호의 상승 에지로부터 상기 제 2 디지털 입력 신호의 상승 에지까지의 시간 간격 동안에 인에이블되는 제 1 인에이블 신호를 생성하는 제 1 인에이블 신호 생성기, 상기 제 1 인에이블 신호에 응답하여 제 1 발진신호를 생성하는 제 1 개폐환형발진기, 상기 제 1 발진신호에 응답하여 상기 제 1 발진신호의 상승 에지의 개수에 해당하는 상기 제 1 디지털 출력 신호를 생성하는 제 1 카운터 및 상기 제 1 인에이블 신호 및 상기 제 1 발진신호에 응답하여 상승 에지들 사이에 시간 간격을 가지는 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호를 생성하는 시간 증폭기를 포함하고, 상기 제 2 시간-디지털 변환부는 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호에 응답하여 상기 제 1 시간 간격 출력 신호의 상승 에지로부터 상기 제 2 시간 간격 출력 신호의 상승 에지까지의 시간 간격 동안에 인에이블되는 제 2 인에이블 신호를 생성하는 제 2 인에이블 신호 생성기, 상기 제 2 인에이블 신호에 응답하여 제 2 발진신호를 생성하는 제 2 개폐환형발진기 및 상기 제 2 발진신호에 응답하여 상기 제 2 발진신호의 상승 에지의 개수에 해당하는 상기 제 2 디지털 출력 신호를 생성하는 제 2 카운터를 포함할 수 있다.In example embodiments, the first time-to-digital converter may be configured from the rising edge of the first digital input signal to the rising edge of the second digital input signal in response to the first digital input signal and the second digital input signal. A first enable signal generator for generating a first enable signal enabled during a time interval, a first open / closed ring oscillator for generating a first oscillation signal in response to the first enable signal, and in response to the first oscillation signal A first counter for generating the first digital output signal corresponding to the number of rising edges of the first oscillation signal and a time interval between the rising edges in response to the first enable signal and the first oscillation signal. And a time amplifier to generate the first time interval output signal and the second time interval output signal, wherein the second time-de The hair converter is enabled during the time interval from the rising edge of the first time interval output signal to the rising edge of the second time interval output signal in response to the first time interval output signal and the second time interval output signal. A second enable signal generator for generating a second enable signal, a second open / close ring oscillator for generating a second oscillation signal in response to the second enable signal, and the second oscillation signal in response to the second oscillation signal And a second counter for generating the second digital output signal corresponding to the number of rising edges of the second digital output signal.
실시예에 있어서, 상기 시간 증폭기는 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호의 상승 에지들 사이의 시간 간격이 상기 제 1 발진신호의 마지막 상승 에지로부터 상기 제 1 인에이블 신호의 하강 에지까지의 시간 간격을 증폭한 시간 간격에 해당하도록 할 수 있다.In an embodiment, the time amplifier is further configured such that a time interval between rising edges of the first time interval output signal and the second time interval output signal is equal to that of the first enable signal from the last rising edge of the first oscillation signal. The time interval to the falling edge may correspond to the amplified time interval.
실시예에 있어서, 상기 신호변환부는 상기 제 2 디지털 출력 신호에 응답하여 하나의 샘플링 주기만큼 시간 지연된 신호를 생성하는 시간 지연부, 상기 제 2 디지털 출력 신호 및 상기 시간 지연된 신호에 응답하여 상기 제 2 디지털 출력 신호에서 상기 시간 지연된 신호를 감산하여 감산된 출력 신호를 생성하는 제 1 가감기, 상기 감산된 출력 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 생성하는 게인 증폭기 및 상 기 증폭된 신호와 상기 제 1 디지털 출력 신호를 합산하여 상기 2차 노이즈 쉐이핑된 변환신호를 생성하는 제 2 가감기를 포함할 수 있다.The signal converting unit may include a time delay unit generating a time delayed signal by one sampling period in response to the second digital output signal, the second digital output signal, and the second delayed signal in response to the time delayed signal. A first adder and a subtractor for generating a subtracted output signal by subtracting the time delayed signal from a digital output signal, a gain amplifier for amplifying the subtracted output signal to produce an amplified signal and the first amplified signal and the first digital signal; And a second adder to add the output signals to generate the second noise-shaped converted signal.
실시예에 있어서, 상기 게인 증폭기의 증폭 게인(gain)은 상기 시간 증폭기의 증폭 게인의 역수일 수 있다. In an embodiment, the amplification gain of the gain amplifier may be the inverse of the amplification gain of the time amplifier.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 N(N은 3이상의 정수)차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기는 제 1 시간-디지털 변환부 내지 제 N 시간-디지털 변환부로 구성된 N개의 시간-디지털 변환부들 및 제 1 신호변환부 내지 제 (N-1) 신호변환부로 구성된 (N-1)개의 신호변환부들을 포함한다. In order to achieve the above object of the present invention, a time-to-digital converter capable of shaping N (N is an integer of 3 or more) according to an embodiment of the present invention includes: a first time-digital converter to N-time- N time-digital converters constituted by a digital converter, and (N-1) signal converters constituted by the first to (N-1) th signal converters.
상기 N개의 시간-디지털 변환부들 각각은 제 1 디지털 입력 신호 및 제 2 디지털 입력 신호에 응답하여 상기 제 1 디지털 입력 신호 및 상기 제 2 디지털 입력 신호 사이의 시간 간격을 디지털화한 디지털 출력 신호 및 상기 디지털화에 의한 양자화 에러에 해당하는 시간 간격을 증폭하여 상승 에지들 사이에 상기 증폭된 시간간격을 가지는 제 1 시간 간격 출력 신호 및 제 2 시간 간격 출력 신호를 생성하고, 상기 제 a(a는 (N-1)이하의 양의 정수) 시간-디지털 변환부의 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호가 각각 상기 제 (a+1) 시간-디지털 변환부의 상기 제 1 디지털 입력 신호 및 상기 제 2 디지털 입력 신호가 되도록 연결된다. Each of the N time-to-digital converters is a digital output signal and the digitization in which a time interval between the first digital input signal and the second digital input signal is digitized in response to a first digital input signal and a second digital input signal. Amplifying a time interval corresponding to the quantization error by to generate a first time interval output signal and a second time interval output signal having the amplified time interval between rising edges, wherein a (a is (N− 1) a positive integer below) The first time interval output signal and the second time interval output signal of the time-digital converter are respectively the first digital input signal and the (a + 1) time-digital converter; Is connected to become a second digital input signal.
상기 (N-1)개의 신호변환부들 각각은 제 1 신호변환 입력 신호 및 제 2 신호변환 입력 신호에 응답하여 하나의 변환신호를 생성하는데, 상기 제 (N-1) 신호변 환부는 상기 제 N 시간-디지털 변환부의 상기 디지털 출력 신호를 상기 제 1 신호변환 입력 신호로 수신하고 상기 제 (N-1) 시간-디지털 변환부의 상기 디지털 출력 신호를 상기 제 2 신호변환 입력 신호로 수신하여 제 (N-1) 변환신호를 생성하고, 상기 제 k(k는 (N-2)이하의 양의 정수) 신호변환부는 상기 제 (k+1) 신호변환부의 출력 신호를 상기 제 1 신호변환 입력 신호로 수신하고 상기 제 k 시간-디지털 변환부의 디지털 출력 신호를 상기 제 2 신호변환 입력 신호로 수신하여 제 k 변환신호를 생성한다.Each of the (N-1) signal converting units generates one converted signal in response to a first signal converting input signal and a second signal converting input signal, and the (N-1) signal converting unit generates the Nth converting signal. Receiving the digital output signal of the time-to-digital conversion unit as the first signal conversion input signal and receiving the digital output signal of the (N-1) time-digital conversion unit as the second signal conversion input signal and -1) generates a converted signal, wherein the k-th (k is a positive integer less than (N-2)) signal conversion unit to the output signal of the (k + 1) signal conversion unit to the first signal conversion input signal Receive the digital output signal of the k-th time-digital conversion unit as the second signal conversion input signal to generate a k-th conversion signal.
실시예에 있어서, 상기 N개의 시간-디지털 변환부들 각각은 상기 제 1 디지털 입력 신호 및 상기 제 2 디지털 입력 신호에 응답하여 상기 제 1 디지털 입력 신호의 상승 에지로부터 상기 제 2 디지털 입력 신호의 상승 에지까지의 시간 간격 동안에 인에이블되는 인에이블 신호를 생성하는 인에이블 신호 생성기, 상기 인에이블 신호에 응답하여 발진신호를 생성하는 개폐환형발진기, 상기 발진신호에 응답하여 상기 발진신호의 상승 에지의 개수에 해당하는 상기 디지털 출력 신호를 생성하는 카운터 및 상기 인에이블 신호 및 상기 발진신호에 응답하여 상승 에지들 사이에 시간 간격을 가지는 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호를 생성하는 시간 증폭기를 포함할 수 있다.In example embodiments, each of the N time-digital converters may include a rising edge of the second digital input signal from a rising edge of the first digital input signal in response to the first digital input signal and the second digital input signal. An enable signal generator that generates an enable signal that is enabled for a time interval up to an open / closed ring oscillator that generates an oscillation signal in response to the enable signal, and a number of rising edges of the oscillation signal in response to the oscillation signal; A counter for generating the corresponding digital output signal and a time for generating the first time interval output signal and the second time interval output signal having a time interval between rising edges in response to the enable signal and the oscillation signal; It may include an amplifier.
실시예에 있어서, 상기 시간 증폭기는 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호의 상승 에지들 사이의 시간 간격이 상기 발진신호의 마지막 상승 에지로부터 상기 가능신호의 하강 에지까지의 시간 간격을 증폭한 시간 간격에 해당하도록 할 수 있다.In an embodiment, the time amplifier is configured such that a time interval between rising edges of the first time interval output signal and the second time interval output signal is the time from the last rising edge of the oscillation signal to the falling edge of the enable signal. It can be made to correspond to the time interval amplified interval.
실시예에 있어서, 상기 (N-1)개의 신호변환부들 각각은 상기 제 1 신호변환 입력 신호에 응답하여 하나의 샘플링 주기만큼 시간 지연된 신호를 생성하는 시간 지연부, 상기 제 1 신호변환 입력 신호 및 상기 시간 지연된 신호에 응답하여 상기 제 1 신호변환 입력 신호에서 상기 시간 지연된 신호를 감산하여 감산된 출력 신호를 생성하는 제 1 가감기, 상기 감산된 출력 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 제공하는 게인 증폭기 및 상기 증폭된 신호와 상기 제 2 신호변환 입력 신호를 합산하여 상기 변환신호를 제공하는 제 2 가감기를 포함할 수 있다.In example embodiments, each of the (N-1) signal conversion units may include a time delay unit generating a time delayed signal by one sampling period in response to the first signal conversion input signal, the first signal conversion input signal, and A first amplifier for subtracting the time delayed signal from the first signal conversion input signal in response to the time delayed signal to produce a subtracted output signal, and a gain amplifier for amplifying the subtracted output signal to provide an amplified signal And a second adder / subtractor for adding the amplified signal and the second signal conversion input signal to provide the converted signal.
실시예에 있어서, 상기 각각의 게인 증폭기들의 증폭 게인들은 서로 동일하고, 상기 각각의 시간 증폭기들의 증폭 게인들은 서로 동일하며, 상기 각각의 게인 증폭기들의 증폭 게인들은 상기 각각의 시간 증폭기들의 증폭 게인들의 역수일 수 있다.In an embodiment, the amplification gains of the respective gain amplifiers are equal to each other, the amplification gains of the respective time amplifiers are equal to each other, and the amplification gains of the respective gain amplifiers are inverse of the amplification gains of the respective time amplifiers. Can be.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환 방법은 제 1 디지털 입력 신호 및 상기 제 2 디지털 입력 신호에 응답하여 상기 제 1 디지털 입력 신호의 상승 에지로부터 상기 제 2 디지털 입력 신호의 상승 에지까지의 시간 간격 동안에 인에이블되는 제 1 인에이블 신호를 생성하는 단계, 제 1 개폐환형발진기를 이용하여 상기 제 1 인에이블 신호에 응답하여 제 1 발진신호를 생성하는 단계, 상기 제 1 발진신호에 응답하여 상기 제 1 발진신호의 상승 에지의 개수에 해당하는 제 1 디지털 출력 신호를 생성하는 단계, 상기 제 1 인에이블 신호 및 상기 제 1 발진신호에 응답하여 상승 에지들 사이의 시간 간격이 상기 제 1 발진신호의 마지막 상승 에지로부 터 상기 제 1 인에이블 신호의 하강 에지까지의 시간 간격을 A배 증폭한 시간 간격에 해당하도록 제 1 시간 간격 출력 신호 및 제 2 시간 간격 출력 신호를 생성하는 단계, 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호에 응답하여 상기 제 1 시간 간격 출력 신호의 상승 에지로부터 상기 제 2 시간 간격 출력 신호의 상승 에지까지의 시간 간격 동안에 인에이블되는 제 2 인에이블 신호를 생성하는 단계, 제 2 개폐환형발진기를 이용하여 상기 제 2 인에이블 신호에 응답하여 제 2 발진신호를 생성하는 단계, 상기 제 2 발진신호에 응답하여 상기 제 2 발진신호의 상승 에지의 개수에 해당하는 제 2 디지털 출력 신호를 생성하는 단계, 상기 제 2 디지털 출력 신호에 응답하여 하나의 샘플링 주기만큼 시간 지연된 신호를 생성하는 단계, 상기 제 2 디지털 출력 신호 및 상기 시간 지연된 신호에 응답하여 상기 제 2 디지털 출력 신호에서 상기 시간 지연된 신호를 감산하여 감산된 출력 신호를 생성하는 단계, 상기 감산된 출력 신호를 1/A배 증폭하여 증폭된 신호를 생성하는 단계 및 상기 증폭된 신호와 상기 제 1 디지털 출력 신호를 합산하여 2차 노이즈 쉐이핑된 신호를 생성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, the second-order noise-shaping time-to-digital conversion method according to an embodiment of the present invention is the first digital input signal and the second digital input signal in response to the first Generating a first enable signal that is enabled during a time interval from the rising edge of the digital input signal to the rising edge of the second digital input signal, responding to the first enable signal using a first open / close oscillator. Generating a first oscillation signal, generating a first digital output signal corresponding to the number of rising edges of the first oscillation signal in response to the first oscillation signal, the first enable signal and the first The time interval between rising edges in response to the first oscillation signal is equal to the first enable signal from the last rising edge of the first oscillation signal. Generating a first time interval output signal and a second time interval output signal to correspond to a time interval obtained by A times amplification of the time interval to the falling edge, the first time interval output signal and the second time interval output signal In response, generating a second enable signal that is enabled during a time interval from the rising edge of the first time interval output signal to the rising edge of the second time interval output signal, using the second open / close ring oscillator. Generating a second oscillation signal in response to a second enable signal; generating a second digital output signal corresponding to the number of rising edges of the second oscillation signal in response to the second oscillation signal; Generating a signal delayed by one sampling period in response to the two digital output signals, the second digital output signal and the time Generating a subtracted output signal by subtracting the time delayed signal from the second digital output signal in response to the delayed signal, generating an amplified signal by amplifying the subtracted output signal by 1 / A times; and Summing the amplified signal and the first digital output signal to produce a secondary noise shaped signal.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 높은 차수의 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기 및 시간-디지털 변환 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.Hereinafter, a time-digital converter and a time-digital conversion method capable of high-order noise shaping according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is limited to the following embodiments. Those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in various other forms without departing from the spirit of the invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.On the other hand, when an embodiment is otherwise implemented, a function or operation specified in a specific block may occur out of the order specified in the flowchart. For example, two consecutive blocks may actually be performed substantially simultaneously, and the blocks may be performed upside down depending on the function or operation involved. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 1은 종래의 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기를 나타내는 블록도이 다. 도 1을 참조하면, 종래의 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(100)는 인에이블 신호 생성기(Enable Generator)(110), 개폐환형발진기(Gated Ring Oscillator, GRO)(120) 및 카운터(Counter)(130)를 포함한다. 상기 인에이블 신호 생성기(110)는 비교하고자 하는 두 개의 신호(START, STOP)를 수신하여 인에이블 신호(EN)를 생성한다. 상기 개폐환형발진기(120)는 상기 인에이블 신호(EN)에 응답하여 발진신호(GRO_OUT)를 생성한다. 상기 카운터(130)는 상기 발진신호(GRO_OUT)에 응답하여 디지털 출력신호(y[n])를 생성한다.1 is a block diagram illustrating a conventional open / close ring oscillator based time-to-digital converter. Referring to FIG. 1, the conventional open / close ring oscillator-based time-to-
도 2는 도 1의 종래의 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(100)의 시뮬레이션도이다.FIG. 2 is a simulation diagram of the conventional open / close ring oscillator based time-to-
이하 도 1 및 2를 참조하여 종래의 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(100)의 동작에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the conventional open / close ring oscillator based time-to-
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 인에이블 신호 생성기(110)는 상기 비교하고자 하는 두 개의 신호(START, STOP)를 수신하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 START 신호의 상승 에지(rising edge)로부터 상기 STOP신호의 상승 에지까지의 시간 간격 동안에 인에이블되는 상기 인에이블 신호(EN)를 생성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 개폐환형발진기(120)는 상기 인에이블 신호(EN)가 논리 '하이'일 경우에만 발진을 하며 상기 인에이블 신호(EN)가 논리 '로우'일 경우에는 발진을 멈추고 이전의 위상정보를 기억하고 있다가 다시 상기 인에이블 신호(EN)가 논리 '하이'가 되면 그 위상상태로부터 다시 발진을 시작한다. 상기 카운터(130)는 각 샘플링 주기마다 상기 개폐환형발진기(120)의 출력신호인 상기 발진신호(GRO_OUT)의 상승 에지의 개수를 카운트하여 상기 디지털 출력신호(y[n])를 제공한다.As shown in FIG. 1, the enable
상기와 같은 동작에 의해 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 개폐환형발진기(120)는 상기 인에이블 신호(EN)가 논리 '하이'일 경우에는 상기 발진신호(GRO_OUT)의 위상을 증가시키고 상기 인에이블 신호(EN)가 논리'로우'일 경우에는 상기 발진신호(GRO_OUT)의 위상을 현재 상태로 유지하므로, 이전 샘플링 주기 동안의 양자화 에러가 현재 샘플링 주기의 초기 위상이 되어 상기 디지털 출력신호(y[n])는 아래의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.As shown in FIG. 2, the open /
[수학식 1][Equation 1]
y[n] = x[n] + p0[n] - e[n]y [n] = x [n] + p 0 [n]-e [n]
= x[n] + e[n-1] - e[n] = x [n] + e [n-1]-e [n]
여기서 y[n]은 상기 카운터(130)의 디지털 출력신호를 나타내고, x[n]은 상기 개폐환형발진기(120)에 의해 변화된 위상을 나타내고, e[n]은 시각 n에서의 양자화 에러를 나타내고, e[n-1]은 시각 (n-1)에서의 양자화 에러를 나타내고, p0[n]은 시각 n에서의 초기 위상을 나타내고, p0[n+1]은 시각 (n+1)에서의 초기 위상을 나타낸다.Where y [n] represents the digital output signal of the
상기 [수학식 1]을 z-변환하면 아래의 [수학식 2]와 같이 표현된다.Z-transformation of
[수학식 2][Equation 2]
Y(z) = X(z) + z-1E(z) - E(z)Y (z) = X (z) + z -1 E (z)-E (z)
= X(z) + (z-1 - 1)E(z)= X (z) + (z -1-1 ) E (z)
상기 [수학식 2]로부터 도 1의 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(100)는 아래의 [수학식 3]과 같은 고역통과(high pass) 특성을 가지는 노이즈 변환 함수(noise transfer function)를 가짐을 알 수 있다.From Equation 2, the time-
[수학식 3]&Quot; (3) "
NTF(z) = z-1 - 1N TF (z) = z -1-1
따라서 도 1과 같은 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(100)는 1차 노이즈 쉐이핑 특성을 가지게 된다.Accordingly, the open / close ring oscillator-based time-to-
본 발명은 상기와 같이 1차 노이즈 쉐이핑 특성을 가지는 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기를 이용하여 높은 차수의 노이즈 쉐이핑 특성을 가지는 시간-디지털 변환기를 제공한다.The present invention provides a time-to-digital converter having a high-order noise shaping characteristic by using a ring-shaped oscillator-based time-to-digital converter having primary noise shaping characteristics as described above.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a modified open / close ring oscillator based time-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(300)는 인에이블 신호 생성기(110), 개폐환형발진기(120), 카운터(130) 및 시간 증폭기(Time Amplifier)(340)를 포함한다. 상기 인에이블 신호 생성기(110)는 비교하고자 하는 두 개의 신호(START, STOP)를 수신하여 인에이블 신호(EN)를 생성한다. 상기 개폐환형발진기(120)는 상기 인에이블 신호(EN)에 응답하여 발진신호(GRO_OUT)를 생성한다. 상기 카운터(130)는 상기 발진신호(GRO_OUT)에 응답하여 디지털 출력신 호(y[n])를 생성한다. 상기 시간 증폭기(340)는 상기 인에이블 신호(EN) 및 상기 발진신호(GRO_OUT)에 응답하여 두 개의 신호(START_d, STOP_d)를 생성한다.Referring to FIG. 3, the modified open / close ring oscillator-based time-to-
도 4는 도 3의 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기의 시뮬레이션도이다.FIG. 4 is a simulation diagram of the modified open / close ring oscillator based time-to-digital converter of FIG. 3.
도 3의 수정된 개폐환형발진기는 도 1의 개폐환형발진기에 상기 시간 증폭기(340)를 추가한 것이기 때문에 상기 인에이블 신호 생성기(110), 상기 개폐환형발진기(120) 및 상기 카운터(130)의 동작은 앞에서 상세히 설명하였으므로 여기에서는 도 3 및 4를 참조하여 상기 시간 증폭기(340)의 동작에 대해서만 상세히 설명한다.Since the modified open / close ring oscillator of FIG. 3 adds the
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시간 증폭기(340)는 상기 시간-디지털 변환기(300)의 양자화 에러에 해당하는 상기 발진신호(GRO_OUT)의 마지막 상승 에지로부터 상기 인에이블 신호(EN)의 하강 에지까지의 시간 간격을 증폭하여 상승 에지들 사이에 상기 증폭된 시간만큼 시간 간격을 가지는 상기 두 개의 출력 신호(START_d, STOP_d)를 생성한다. 따라서 도 3에 도시된 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(300)는 시간을 디지털화한 상기 디지털 출력 신호(y[n])뿐만 아니라 양자화에 따른 에러 정보를 동시에 제공할 수 있다.As shown in FIG. 4, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a time-to-digital converter capable of secondary noise shaping according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(500)는 제 1 시간-디지털 변환부(first Time-to-Digital Converter, 1st TDC)(510), 제 2 시간-디지털 변환부(second Time-to-Digital Converter, 2nd TDC)(520) 및 신호변환부(Signal Converter)(530)를 포함한다. Referring to FIG. 5, the time-
상기 제 1 시간-디지털 변환부(510)는 비교하고자 하는 두 개의 신호(START, STOP)를 수신하여 상기 두 개의 신호 사이의 시간 간격을 디지털화한 디지털 출력 신호(Y1) 및 상기 디지털화에 의한 양자화 에러에 해당하는 시간 간격을 A배 증폭하여 상승 에지들 사이에 상기 증폭된 시간만큼 시간 간격을 가지는 두 개의 출력 신호(START_d, STOP_d)를 생성한다. The first time-
상기 제 2 시간-디지털 변환부(520)는 상기 제 1 시간-디지털 변환부(510)의 상기 두 개의 출력 신호(START_d, STOP_d)를 입력 신호로 수신하여 상기 두 개의 신호(START_d, STOP_d) 사이의 시간 간격을 디지털화한 디지털 출력 신호(Y2) 및 상기 디지털화에 의한 양자화 에러에 해당하는 시간 간격을 A배 증폭하여 상승 에지들 사이에 상기 증폭된 시간만큼 시간 간격을 가지는 두 개의 출력 신호를 생성한다.The second time-digital converting
상기 신호변환부(530)는 상기 제 2 시간-디지털 변환부의 출력 신호(Y2)를 제 1 신호변환 입력 신호로 수신하고 상기 제 1 시간-디지털 변환부의 출력 신호(Y1)를 제 2 신호변환 입력 신호로 수신하여 2차 노이즈 쉐이핑된 변환신호(Y)를 생성한다. 상기 신호변환부(530)는 상기 제 1 신호변환 입력 신호를 하나의 샘플링 주기만큼 시간 지연시켜서 시간 지연된 신호를 생성하는 시간 지연부(531), 상기 제 1 신호변환 입력 신호 및 상기 시간 지연된 신호를 수신하여 상기 제 1 신호변 환 입력 신호에서 상기 시간 지연된 신호를 감산하여 감산된 출력 신호를 생성하는 제 1 가감기(533), 상기 감산된 출력 신호를 1/A배 증폭하여 증폭된 신호를 생성하는 게인 증폭기(535) 및 상기 증폭된 신호와 상기 제 2 신호변환 입력 신호를 합산하여 상기 2차 노이즈 쉐이핑된 변환신호(Y)를 생성하는 제 2 가감기(537)를 포함한다.The
상기 제 1 시간-디지털 변환부(510) 및 상기 제 2 시간-디지털 변환부(520)는 도 3의 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(300)로 구성된다. 도 1 내지 4와 관련하여 상기 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(300)의 구성 및 동작에 대해서는 상세히 설명하였으므로 여기에서는 상기 제 1 시간-디지털 변환부(510) 및 상기 제 2 시간-디지털 변환부(520)의 구성 및 동작에 대한 상세한 설명은 생략하고, 이하 상기 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(500)의 출력 신호(Y)가 양자화 에러가 2차 노이즈 쉐이핑된 신호가 됨을 상세히 설명한다.The first time-
도 1 및 2와 관련하여 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 시간-디지털 변환부(510)의 출력 신호(Y1) 및 상기 제 2 시간-디지털 변환부(520)의 출력 신호(Y2)의 z-변환된 형태는 각각 아래의 [수학식 4] 및 [수학식 5]와 같이 표현된다.As described above in relation to Figures 1 and 2, the first time - of the output signal (Y 2) of the digital converter (520) output signal (Y 1) and the second time-digital converter (510) The z-converted form is represented by Equations 4 and 5 below, respectively.
[수학식 4]&Quot; (4) "
Y1(z) = X(z) - (1 - z-1)E1(z)Y 1 (z) = X (z)-(1-z -1 ) E 1 (z)
[수학식 5][Equation 5]
Y2(z) = AE1(z) - (1 - z-1)E2(z)Y 2 (z) = AE 1 (z)-(1-z -1 ) E 2 (z)
여기에서 Y1(z) 및 Y2(z)는 각각 상기 제 1 시간-디지털 변환부(510)의 출력 신호(Y1) 및 상기 제 2 시간-디지털 변환부(520)의 출력 신호(Y2)를 나타내고, X(z)는 측정하고자 하는 시간 간격을 나타내고, E1(z) 및 E2(z)는 각각 상기 제 1 시간-디지털 변환부(510)의 양자화 에러 및 상기 제 2 시간-디지털 변환부(520)의 양자화 에러를 나타낸다.Here, Y 1 (z) and Y 2 (z) are output signals Y 1 of the first time-
상기 신호변환부(530)의 출력 신호(Y)는 아래의 [수학식 6]과 같이 표현된다.The output signal Y of the
[수학식 6]&Quot; (6) "
Y(z) = Y1(z) + ((1 - z-1)/A)Y2(z)Y (z) = Y 1 (z) + ((1-z -1 ) / A) Y 2 (z)
상기 [수학식 4] 내지 [수학식 6]을 연립하면 상기 신호 변환부(530)의 출력 신호(Y)는 아래의 [수학식 7]과 같이 표현된다.When the above Equations 4 to 6 are combined, the output signal Y of the
[수학식 7][Equation 7]
Y(z) = Y1(z) + ((1 - z-1)/A)Y2(z)Y (z) = Y 1 (z) + ((1-z -1 ) / A) Y 2 (z)
= X(z) - (1 - z-1)E1(z) + (1 - z-1)E1(z) - ((1 - z-1)2/A)E2(z)= X (z)-(1-z -1 ) E 1 (z) + (1-z -1 ) E 1 (z)-((1-z -1 ) 2 / A) E 2 (z)
= X(z) - ((1 - z-1)2/A)E2(z)= X (z)-((1-z -1 ) 2 / A) E 2 (z)
상기 [수학식 7]로부터 도 5의 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(500)는 아래의 [수학식 8]과 같은 노이즈 변환 함수를 가짐을 알 수 있다.It can be seen from Equation 7 that the time-to-
[수학식 8][Equation 8]
NTF(z) = (1 - z-1)2/AN TF (z) = (1-z -1 ) 2 / A
따라서 상기 [수학식 8]에서 볼 수 있듯이, 도 5의 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(500)는 양자화 에러가 2차 노이즈 쉐이핑된 출력 신호(Y)를 제공함을 알 수 있다.Accordingly, as shown in Equation 8, the time-
도 5에서는 제 2 시간-디지털 변환부(520)가 도 3의 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(300)로 구성된 경우를 설명하였으나, 제 2 시간-디지털 변환부(520)를 도 1의 종래의 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(100)로 구성하여도 동일한 동작에 의해 동일한 효과를 얻을 수 있다.In FIG. 5, a case in which the second time-
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 N(N은 3이상의 양의 정수)차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기를 나타내는 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, N차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(600)는 도 5의 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(500)를 N차 노이즈 쉐이핑이 가능하도록 확장한 것이다.6 is a block diagram illustrating a time-to-digital converter capable of shaping N (N is a positive integer of 3 or more) according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 6, the time-
도 6을 참조하면, N차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(600)는 제 1 시간-디지털 변환부 내지 제 N 시간-디지털 변환부로 구성된 N개의 시간-디지털 변환부들(610) 및 제 1 신호변환부 내지 제 (N-1) 신호변환부로 구성된 (N-1)개 의 신호변환부들(620)을 포함한다. Referring to FIG. 6, the time-
상기 N개의 시간-디지털 변환부들(610) 각각은 두 개의 입력 신호(START, STOP)에 응답하여 상기 두 개의 입력 신호(START, STOP) 사이의 시간 간격을 디지털화한 디지털 출력 신호(Yx)(x는 N이하의 양의 정수) 및 상기 디지털화에 의한 양자화 에러에 해당하는 시간 간격을 A배 증폭하여 상승 에지들 사이에 상기 증폭된 시간간격을 가지는 두 개의 출력 신호(START_d, STOP_d)를 생성한다. 상기 제 a(a는 (N-1)이하의 양의 정수) 시간-디지털 변환부의 상기 두 개의 출력 신호(START_d, STOP_d)가 각각 상기 제 (a+1) 시간-디지털 변환부의 상기 두 개의 입력 신호(START, STOP)가 되도록 연결된다.Each of the N time-
상기 (N-1)개의 신호변환부들(620) 각각은 제 1 신호변환 입력 신호 및 제 2 신호변환 입력 신호에 응답하여 하나의 변환신호를 생성한다. 상기 제 (N-1) 신호변환부는 상기 제 N 시간-디지털 변환부의 상기 디지털 출력 신호(YN)를 상기 제 1 신호변환 입력 신호로 수신하고 상기 제 (N-1) 시간-디지털 변환부의 상기 디지털 출력 신호(YN-1)를 상기 제 2 신호변환 입력 신호로 수신하여 제 (N-1) 변환신호(IN-1)를 생성하고, 상기 제 k(k는 (N-2)이하의 양의 정수) 신호변환부는 상기 제 (k+1) 신호변환부의 출력 신호를 상기 제 1 신호변환 입력 신호로 수신하고 상기 제 k 시간-디지털 변환부의 디지털 출력 신호(Yk)를 상기 제 2 신호변환 입력 신호로 수신하여 제 k 변환신호(Ik)를 생성한다. 상기 제 1 변환신호(I1)는 상기 N차 노이즈 쉐 이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(600)의 최종 출력 신호(Y)가 된다.Each of the (N-1)
상기 N개의 시간-디지털 변환부들(610) 각각은 도 3의 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(300)로 구성되고, 상기 (N-1)개의 신호변환부들(620) 각각은 도 5의 신호변환부(530)로 구성된다. 도 1 내지 5와 관련하여 상기 N개의 시간-디지털 변환부들(610) 각각 및 상기 (N-1)개의 신호변환부들(620) 각각의 구성 및 동작에 대해서는 상세히 설명하였으므로 여기에서는 각각의 구성 및 동작에 대한 상세한 설명은 생략하고, 이하 상기 N차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(600)의 출력 신호(Y)가 양자화 에러가 N차 노이즈 쉐이핑된 신호가 됨을 상세히 설명한다.Each of the N time-
상기 N개의 시간-디지털 변환부들(610) 각각의 출력 신호(Y1 내지 YN)는 아래의 [수학식 9]와 같이 표현된다.The output signals Y 1 to Y N of each of the N time-
[수학식 9][Equation 9]
Y1(z) = X(z) - (1 - z-1)E1(z)Y 1 (z) = X (z)-(1-z -1 ) E 1 (z)
Y2(z) = AE1(z) - (1 - z-1)E2(z)Y 2 (z) = AE 1 (z)-(1-z -1 ) E 2 (z)
............
YN-1(z) = AEN-2(z) - (1 - z-1)EN-1(z)Y N-1 (z) = AE N-2 (z)-(1-z -1 ) E N-1 (z)
YN(z) = AEN-1(z) - (1 - z-1)EN(z)Y N (z) = AE N-1 (z)-(1-z -1 ) E N (z)
상기 제 (N-1) 신호변환부는 상기 제 N 시간-디지털 변환부의 상기 디지털 출력 신호(YN)를 상기 제 1 신호변환 입력 신호로 수신하고 상기 제 (N-1) 시간-디지털 변환부의 상기 디지털 출력 신호(YN-1)를 상기 제 2 신호변환 입력 신호로 수신하므로 상기 제 (N-1) 신호변환부의 출력 신호(IN-1)는 아래의 [수학식 10]과 같이 표현된다.The (N-1) th signal converter receives the digital output signal Y N of the Nth time-digital converter as the first signal conversion input signal, and the (N-1) th time-digital converter Since the digital output signal Y N-1 is received as the second signal conversion input signal, the output signal I N-1 of the (N-1) signal conversion unit is represented by Equation 10 below. .
[수학식 10][Equation 10]
IN-1(z) = YN-1(z) + ((1 - z-1)/A)YN(z)I N-1 (z) = Y N-1 (z) + ((1-z -1 ) / A) Y N (z)
상기 [수학식 9]의 YN-1(z) 및 YN(z)에 관한 식들과 상기 [수학식 10]을 연립하면 상기 제 (N-1) 신호변환부의 출력 신호(IN-1)는 아래의 [수학식 11]과 같이 표현된다.When the equations for Y N-1 (z) and Y N (z) of Equation 9 are combined with Equation 10, the output signal I N-1 of the (N-1) signal conversion unit ) Is expressed as in Equation 11 below.
[수학식 11][Equation 11]
IN-1(z) = YN-1(z) + ((1 - z-1)/A)YN(z)I N-1 (z) = Y N-1 (z) + ((1-z -1 ) / A) Y N (z)
= AEN-2(z) - (1 - z-1)EN-1(z) + (1 - z-1)EN-1(z) - ((1 - z-1)2/A)EN(z)= AE N-2 (z)-(1-z -1 ) E N-1 (z) + (1-z -1 ) E N-1 (z)-((1-z -1 ) 2 / A ) E N (z)
= AEN-2(z) - ((1 - z-1)2/A)EN(z)= AE N-2 (z)-((1-z -1 ) 2 / A) E N (z)
상기의 과정을 상기 제 (N-2) 신호변환부의 출력 신호(IN-2) 내지 상기 제 1 신호변환부의 출력 신호(I1)에 대해서 적용하면 그 결과는 아래의 [수학식 12]와 같이 표현된다.Applying for the above process in the first (N-2) signal conversion section output signal (I N-2) to the first signal conversion unit output signal (I 1) The result is a
[수학식 12][Equation 12]
IN-2(z) = AEN-3(z) - ((1 - z-1)3/A2)EN(z)I N-2 (z) = AE N-3 (z)-((1-z -1 ) 3 / A 2 ) E N (z)
............
I1(z) = X(z) - ((1 - z-1)N/AN-1)EN(z)I 1 (z) = X (z)-((1-z -1 ) N / A N-1 ) E N (z)
상기 제 1 변환신호(I1)는 상기 N차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(600)의 최종 출력 신호(Y)가 되므로 상기 [수학식 12]로부터 도 6의 N차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(600)는 아래의 [수학식 13]과 같은 노이즈 변환 함수를 가짐을 알 수 있다.Since the first converted signal I 1 becomes the final output signal Y of the time-
[수학식 13][Equation 13]
NTF(z) = (1 - z-1)N/AN-1 N TF (z) = (1-z -1 ) N / A N-1
따라서 상기 [수학식 13]에서 볼 수 있듯이, 도 6의 N차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기(600)는 양자화 에러가 N차 노이즈 쉐이핑된 출력 신호(Y)를 제공함을 알 수 있다.Accordingly, as shown in Equation 13, the time-
도 6에서는 제 N 시간-디지털 변환부가 도 3의 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(300)로 구성된 경우를 설명하였으나, 제 N 시간-디지털 변환부 를 도 1의 종래의 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기(100)로 구성하여도 동일한 동작에 의해 동일한 효과를 얻을 수 있다.In FIG. 6, the case where the N-time time-digital converter is composed of the modified open / close ring oscillator-based time-
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환 방법을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a time-digital conversion method capable of secondary noise shaping according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환 방법은 제 1 디지털 입력 신호 및 상기 제 2 디지털 입력 신호에 응답하여 상기 제 1 디지털 입력 신호의 상승 에지로부터 상기 제 2 디지털 입력 신호의 상승 에지까지의 시간 간격 동안에 인에이블되는 제 1 인에이블 신호를 생성하는 단계(S710), 제 1 개폐환형발진기를 이용하여 상기 제 1 인에이블 신호에 응답하여 제 1 발진신호를 생성하는 단계(S720), 상기 제 1 발진신호에 응답하여 상기 제 1 발진신호의 상승 에지의 개수에 해당하는 제 1 디지털 출력 신호를 생성하는 단계(S730), 상기 제 1 인에이블 신호 및 상기 제 1 발진신호에 응답하여 상승 에지들 사이의 시간 간격이 상기 제 1 발진신호의 마지막 상승 에지로부터 상기 제 1 인에이블 신호의 하강 에지까지의 시간 간격을 A배 증폭한 시간 간격에 해당하도록 제 1 시간 간격 출력 신호 및 제 2 시간 간격 출력 신호를 생성하는 단계(S740), 상기 제 1 시간 간격 출력 신호 및 상기 제 2 시간 간격 출력 신호에 응답하여 상기 제 1 시간 간격 출력 신호의 상승 에지로부터 상기 제 2 시간 간격 출력 신호의 상승 에지까지의 시간 간격 동안에 인에이블되는 제 2 인에이블 신호를 생성하는 단계(S750), 제 2 개폐환형발진기를 이용하여 상기 제 2 인에이블 신호에 응답하여 제 2 발진신호를 생성하는 단계(S760), 상기 제 2 발진신호에 응답하여 상기 제 2 발진신호의 상승 에지 의 개수에 해당하는 제 2 디지털 출력 신호를 생성하는 단계(S770), 상기 제 2 디지털 출력 신호에 응답하여 하나의 샘플링 주기만큼 시간 지연된 신호를 생성하는 단계(S780), 상기 제 2 디지털 출력 신호 및 상기 시간 지연된 신호에 응답하여 상기 제 2 디지털 출력 신호에서 상기 시간 지연된 신호를 감산하여 감산된 출력 신호를 생성하는 단계(S785), 상기 감산된 출력 신호를 1/A배 증폭하여 증폭된 신호를 생성하는 단계(S790) 및 상기 증폭된 신호와 상기 제 1 디지털 출력 신호를 합산하여 2차 노이즈 쉐이핑된 신호를 생성하는 단계(S795)를 포함한다.Referring to FIG. 7, in the time-to-digital conversion method capable of secondary noise shaping, the second digital input signal is separated from the rising edge of the first digital input signal in response to a first digital input signal and the second digital input signal. Generating a first enable signal enabled during a time interval until a rising edge (S710), and generating a first oscillation signal in response to the first enable signal by using a first open / close ring oscillator (S720) ), Generating a first digital output signal corresponding to the number of rising edges of the first oscillation signal in response to the first oscillation signal (S730), and responding to the first enable signal and the first oscillation signal. When the time interval between rising edges amplifies the time interval from the last rising edge of the first oscillation signal to the falling edge of the first enable signal by A times Generating a first time interval output signal and a second time interval output signal to correspond to the interval (S740), the first time interval output signal in response to the first time interval output signal and the second time interval output signal Generating a second enable signal that is enabled during a time interval from a rising edge of the second time interval output signal to a rising edge of the second time interval output signal (S750), using a second open / close oscillator to the second enable signal; Generating a second oscillation signal in response (S760); generating a second digital output signal corresponding to the number of rising edges of the second oscillation signal in response to the second oscillation signal (S770); Generating a time delayed signal by one sampling period in response to the two digital output signals (S780), in response to the second digital output signal and the time delayed signal; Generating a subtracted output signal by subtracting the time delayed signal from the second digital output signal (S785), amplifying the subtracted output signal by 1 / A times to generate an amplified signal (S790); Summing the amplified signal and the first digital output signal to generate a second noise shaped signal (S795).
상기 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환 방법이 양자화 에러가 2차 노이즈 쉐이핑된 출력 신호(Y)를 제공함은 앞의 도 1 내지 5와 관련하여 상세히 설명한 바에 의하여 자명하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.Since the time-digital conversion method capable of secondary noise shaping provides an output signal Y in which a quantization error is secondary noise shaped, as described above with reference to FIGS. 1 to 5, the detailed description is omitted herein. .
본 발명의 실시예에 따른 높은 차수의 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기 및 시간-디지털 변환 방법은 종래의 1차 노이즈 쉐이핑이 가능한 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기에 비해 더욱 낮은 대역내 양자화 노이즈 파워(in-band quantization noise power)를 얻을 수 있기 때문에 시간-디지털 변환기의 해상도를 높일 수 있고, 환형발진기(ring oscillator)의 주파수를 높이는 방법에 비해서 간단히 회로를 디자인 할 수 있으며, 피드백 경로가 존재하지 않으므로 안정성 문제도 발생하지 않기 때문에 디지털 산업에 효율적으로 사용될 수 있다.The high-order noise-shaping time-to-digital converter and the time-to-digital conversion method according to the embodiment of the present invention have lower in-band quantization noise power than the conventional ring-based oscillator-based time-to-digital converter capable of primary noise shaping. (in-band quantization noise power) can be obtained to increase the resolution of the time-to-digital converter, and to simplify the circuit design compared to the method of increasing the frequency of the ring oscillator, there is no feedback path As a result, stability problems do not occur, so they can be efficiently used in the digital industry.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발 명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art may vary the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that modifications and changes can be made.
도 1은 종래의 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a conventional open / close ring oscillator based time-to-digital converter.
도 2는 도 1의 종래의 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기의 시뮬레이션도이다.FIG. 2 is a simulation diagram of the conventional open / close ring oscillator based time-to-digital converter of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a modified open / close ring oscillator based time-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 수정된 개폐환형발진기기반 시간-디지털 변환기의 시뮬레이션도이다.FIG. 4 is a simulation diagram of the modified open / close ring oscillator based time-to-digital converter of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a time-to-digital converter capable of secondary noise shaping according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 N차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a time-to-digital converter capable of N-order noise shaping according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 노이즈 쉐이핑이 가능한 시간-디지털 변환 방법을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a time-digital conversion method capable of secondary noise shaping according to an embodiment of the present invention.
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