KR101666275B1 - A time-digital conversion appratus using a time register and a time-digital conversion method for using the time register - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 다른 시간-디지털 변환기는, 입력 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부; 및 상기 입력 펄스 신호를 수신하여 파이프라인에 따라 스테이지별 시간 지연 연산을 수행하는 파이프 스테이지부; 를 포함하고, 상기 파이프 스테이지부는 복수의 스테이지 회로를 포함하며, 상기 스테이지 회로는 시간 정보를 누적하기 위한 직렬 지연 게이트 회로부의 동작에 의해 시간 정보를 저장하는 타임 레지스터를 포함한다.Another time-to-digital converter according to an embodiment of the present invention includes: a pulse generator for generating an input pulse signal; And a pipeline stage for receiving the input pulse signal and performing a time delay calculation for each stage according to the pipeline; Wherein the pipeline stage portion includes a plurality of stage circuits, and the stage circuit includes a time register for storing time information by operation of a serial delay gate circuit portion for accumulating time information.
Description
본 발명은 시간-디지털 변환 장치 및 그 방법 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타임 레지스터(Time Register)를 이용하여 시간 연산을 수행할 수 있는 시간-디지털 변환 장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 반도체 공정 기술이 발전함에 따라 회로의 공급 전압은 낮아지고 있고 개별 소자인 MOSFET의 특성이 악화되고 있다. 따라서 기존의 전압기반 신호 처리 방식를 이용한 회로설계는 점점 더 어려워 지고 있다. 최근 대안적인 회로 설계 방법으로 시간 기반의 신호처리가 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. 시간 기반의 신호처리는 입력 신호를 시간 축 상에 두 에지(Edge)의 간격 또는 단일 펄스의 폭으로 변환하여 신호를 처리하는 기술이다. 따라서 디지털 신호의 천이시간(transition time)은 감소하게 되어 시간 기반의 해상도가 증가하게 되었다. 이에 따라 시간 기반에서 동작하는 회로에 관한 연구와 더불어 클럭 동기화된 펄스 시간의 감산 또는 가산 등을 위해, 시간 연산에 대한 성능 향상에 관한 연구의 필요성이 발생하고 있다.Recently, as the semiconductor process technology is developed, the supply voltage of the circuit is lowered and the characteristics of the MOSFET, which is an individual device, are deteriorating. Therefore, the circuit design using the existing voltage-based signal processing method becomes increasingly difficult. Recently, much research has been conducted on time-based signal processing as an alternative circuit design method. Time-based signal processing is a technique for processing signals by converting an input signal to an interval of two edges or a width of a single pulse on the time axis. Therefore, the transition time of the digital signal is reduced, and the time-based resolution is increased. Therefore, there is a need for a study on the performance improvement of the time operation for the subtraction or addition of the clock synchronized pulse time in addition to the study on the circuit operating in the time base.
그러나, 펄스의 시간을 계측하여 시간 정보의 감산 또는 가산을 제공하기 위하여는 복잡한 처리가 필요한 실정이다. 이에 실질적인 산업 환경에서 사용될 수 있는 높은 해상도 및 빠른 처리 속도를 갖는 시간 연산 장치를 설계하기가 매우 어려운 실정이다.However, complicated processing is required to measure the time of pulses and to provide subtraction or addition of time information. It is very difficult to design a time arithmetic device having a high resolution and a high processing speed that can be used in a practical industrial environment.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 타임 레지스터(Time Register)를 이용하여 시간 정보의 가산 또는 감산이 용이하며, 시간 해상도 및 처리 속도를 함께 향상시킬 수 있는 타임 레지스터 및 이를 이용한 시간 연산 장치 및 시간 연산 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a time register which can easily add or subtract time information by using a time register, Time calculation method.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기는 입력 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부; 및 상기 입력 펄스 신호를 수신하여 파이프라인에 따라 스테이지별 시간 지연 연산을 수행하는 파이프 스테이지부;를 포함하고, 상기 파이프 스테이지부는 복수의 스테이지 회로를 포함하며, 상기 스테이지 회로는 시간 정보를 누적하는 직렬 지연 게이트 회로부를 이용한 타임 레지스터를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a time-to-digital converter including: a pulse generator for generating an input pulse signal; And a pipeline stage unit for receiving the input pulse signal and performing a time delay calculation for each stage according to a pipeline, wherein the pipeline stage unit includes a plurality of stage circuits, And a time register using a delay gate circuit.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환 방법은 입력 펄스 신호를 수신하는 단계; 상기 입력 펄스 신호가 인가됨에 따라 타임 레지스터의 직렬 지연 게이트 회에 제1 시간 정보를 저장하는 단계; 상기 제1 시간 정보로부터 제1 출력 코드를 생성하는 단계; 상기 제1 출력 코드에 대응되는 시간 레퍼런스를 생성하고, 시간 레퍼런스에 대응되는 잔차 신호를 생성하는 단계; 및 상기 잔차 신호를 증폭하여 출력하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a time-to-digital conversion method comprising: receiving an input pulse signal; Storing the first time information in the serial delay gate circuit of the time register as the input pulse signal is applied; Generating a first output code from the first time information; Generating a time reference corresponding to the first output code and generating a residual signal corresponding to the time reference; And amplifying and outputting the residual signal.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터는 제1 시간 구간을 갖는 입력 신호를 수신하는 인(IN) 신호 입력부; 트리거 신호를 수신하는 트리거 신호 입력부; 상기 입력 신호와 트리거 신호에 응답하여 인에이블(EN) 신호를 생성하는 인에이블(EN) 생성부; 셋 신호를 수신하는 셋(SET) 신호 입력부; 및 상기 인에이블(EN) 신호를 인가받아, 상기 셋(SET) 신호를 전파하는 직렬 지연 게이트 회로부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a time register including: an IN signal input unit receiving an input signal having a first time interval; A trigger signal input unit for receiving a trigger signal; An enable (EN) generator for generating an enable (EN) signal in response to the input signal and the trigger signal; A SET signal input unit for receiving a set signal; And a serial delay gate circuit portion receiving the enable signal and propagating the SET signal.
본 발명의 실시 예에 따르면, 시간 정보의 저장, 가산 또는 감산이 클럭 동기적으로 가능한 타임 레지스터를 디자인 할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to design a time register capable of storing, adding, or subtracting time information clockwise synchronously.
또한, 본 발명은 타임 레지스터(Time Register) 구현에 있어 직렬 지연 게이트 회로를 이용함으로써 시간 해상도 및 처리 속도를 함께 향상시킬 수 있는 타임 레지스터를 제공하며, 이를 이용한 시간 연산 장치 및 시간 연산 방법을 제공할 수 있다. 이에 따라, 시간 연산 장치 및 시간 연산 방법의 설계가 용이하게 된다.In addition, the present invention provides a time register that can improve time resolution and processing speed by using a serial delay gate circuit in a time register implementation, and provides a time arithmetic unit and a time arithmetic method using the same . This facilitates the design of the time calculation device and the time calculation method.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터는 다양한 시간-디지털 변환기뿐만 아니라, 올 디지털 위상 고정 루프(All Digital Phase Locked Loop, ADPLL) 회로 또는 디지털 위상 고정 루프(Digital Phase Locked Loop) 등의 회로들에도 적용될 수 있다.In addition, the time register according to the embodiment of the present invention may include various digital circuits such as an all digital phase locked loop (ADPLL) circuit or a digital phase locked loop . ≪ / RTI >
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터를 나타내는 블록 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터의 구현 회로 및 입출력 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)의 입출력 타이밍을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)를 이용한 감산기(200) 및 가산기(300)의 구성 및 입출력 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 직렬 게이트 셀을 나타낸다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)에 기울인 지연 게이트 셀(151B)를 적용한 경우의 비교 결과 데이터를 설명하는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 스테이지부(420A)를 구성하는 스테이지 회로(420)의 블록도 및 회로도를 나타낸다.
도 10은 시간 증폭기(423)의 세부 구성을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 라인-지연 시간-디지털 변환부(430)의 세부 구성을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 전달 커브 곡선을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 스테이지별 시간-디지털 변환 방법을 설명하기 위함 흐름도 및 회로 동작을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 전체적인 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)가 칩으로 구현된 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 16 내지 도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 실험 결과 데이터이다.FIG. 1 is a block diagram showing a time register according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a timing diagram and an input / output timing diagram of a time register according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for schematically explaining the input / output timing of the
4 shows the configuration and input / output configuration of the
5 illustrates a series gate cell according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining comparison result data when the delay gate cell 151B inclined to the
FIG. 8 is a block diagram illustrating a time-to-
Fig. 9 shows a block diagram and a circuit diagram of a
Fig. 10 shows a detailed configuration of the
11 shows a detailed configuration of the line-delay time-
12 shows a transfer curve curve of the time-to-
FIG. 13 shows a flowchart and a circuit operation for explaining a time-to-digital conversion method for each stage of the time-to-
FIG. 14 is a timing chart for explaining the overall operation of the time-to-
FIG. 15 is a diagram for explaining an example in which the time-to-
16 to 20 are experimental result data of the time-to-
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.The following merely illustrates the principles of the invention. Thus, those skilled in the art will be able to devise various apparatuses which, although not explicitly described or shown herein, embody the principles of the invention and are included in the concept and scope of the invention. Furthermore, all of the conditional terms and embodiments listed herein are, in principle, only intended for the purpose of enabling understanding of the concepts of the present invention, and are not to be construed as limited to such specifically recited embodiments and conditions do.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들 뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is also to be understood that the detailed description, as well as the principles, aspects and embodiments of the invention, as well as specific embodiments thereof, are intended to cover structural and functional equivalents thereof. It is also to be understood that such equivalents include all elements contemplated to perform the same function irrespective of the currently known equivalents as well as the equivalents to be developed in the future, i.e., the structure.
따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.Thus, for example, it should be understood that the block diagrams herein represent conceptual views of exemplary circuits embodying the principles of the invention. Similarly, all flowcharts, state transition diagrams, pseudo code, and the like are representative of various processes that may be substantially represented on a computer-readable medium and executed by a computer or processor, whether or not the computer or processor is explicitly shown .
프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.The functions of the various elements shown in the figures, including the functional blocks depicted in the processor or similar concept, may be provided by use of dedicated hardware as well as hardware capable of executing software in connection with appropriate software. When provided by a processor, the functions may be provided by a single dedicated processor, a single shared processor, or a plurality of individual processors, some of which may be shared.
또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.Also, the explicit use of terms such as processor, control, or similar concepts should not be interpreted exclusively as hardware capable of running software, and may be used without limitation as a digital signal processor (DSP) (ROM), random access memory (RAM), and non-volatile memory. Other hardware may also be included.
본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.In the claims hereof, the elements represented as means for performing the functions described in the detailed description include all types of software including, for example, a combination of circuit elements performing the function or firmware / microcode etc. , And is coupled with appropriate circuitry to execute the software to perform the function. It is to be understood that the invention defined by the appended claims is not to be construed as encompassing any means capable of providing such functionality, as the functions provided by the various listed means are combined and combined with the manner in which the claims require .
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: There will be. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터를 나타내는 블록 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터의 구현 회로 및 입출력 타이밍도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a time register according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a timing diagram and an input / output timing diagram of a time register according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)는 인(IN) 신호 입력부(110), 트리거 신호 입력부(120), 셋(SET) 신호 입력부(130), 인에이블(EN) 신호 생성기(140) 및 직렬 지연 게이트 회로(150)을 포함한다.1 and 2, a
본 발명의 실시 예에 따른 시간 레지스터(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 직렬 지연 게이트 회로(150)를 포함하며, 직렬 지연 게이트 회로(150)는 직렬 연결되는 복수의 지연 게이트 셀 또는 지연 게이트 라인(gated delay cell, 또는 gated delay line) 회로들을 포함할 수 있다. 직렬 연결되는 각각의 지연 게이트 셀들은 인에이블(EN) 신호 입력에 따라 시간 정보를 누적하는 역할을 수행할 수 있다. 지연 게이트 셀들로 입력되는 인에이블(EN) 신호에 따라, 셋(SET)신호 입력부(130)로 입력되는 셋(SET) 신호의 단계적 전달이 제어될 수 있다.The time register 100 according to an embodiment of the present invention includes a serial
보다 구체적으로, 인(IN) 신호 입력부(110)는 타임 레지스터(100)의 입력 펄스를 수신하여 인에이블(EN) 신호 생성기로 전달한다. 인(IN) 신호 입력부는 타임 레지스터에 저장할 시간 정보에 대응하여, 일정한 시간 길이(T_IN)를 갖는 입력 펄스를 외부로부터 수신할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 인(IN)신호 입력부(110)는 좁은 시간 펄스가 입력된 경우를 대비하기 위해, 미리 결정된 오프셋 타임을 입력 신호(T_IN)에 부가하는 것이 바람직할 수 있다.More specifically, the IN
또한, 트리거 신호 입력부(120)는 트리거 펄스를 수신하여 인에이블(EN) 신호 생성기로 전달한다. 트리거 신호는 예를 들어, 클럭 신호를 포함할 수 있다. 트리거 신호 입력부(120)로 입력되는 트리거 신호는 일정 길이를 갖는 펄스 신호일 수 있으며, 타임 레지스터(100)의 시간 정보 저장을 위한 클럭 신호에 대응될 수 있다.Also, the trigger
그리고, 인에이블(EN) 신호 생성기(140)는 트리거 펄스와 인(IN) 신호에 따라 인에이블(EN) 신호를 생성하여 직렬 지연 게이트 회로(150)에 인가한다.The enable (EN)
셋(SET)신호 입력부(130)에서는 타임 레지스터의 구동을 위한 셋(SET) 신호가 입력될 수 있으며, 셋(SET) 신호는 직렬 지연 게이트 회로(150)의 입력 신호로 인가될 수 있다. 셋(SET) 신호 입력에 따라 타임 레지스터(100)의 구동이 시작될 수 있다. 인(IN)신호가 하이(HIHG)이고, 셋(SET) 신호가 하이(HIGH) 인 경우, 그 셋(SET) 신호는 직렬 지연 게이트 회로(150)로 인가되어 각 지연 게이트 회로를 통해 전파(PROPAGATION)될 수 있다. 그러나, 인(IN) 신호가 로우(LOW)로 바뀌는 경우, 셋(SET) 신호의 전파는 정지될 수 있다. 다만, 인(IN) 신호가 로우(LOW)인 상태에서 다시 트리거 신호가 입력되면, 셋(SET) 신호의 전파는 재개될 수 있다. 이와같은 셋(SET) 신호의 전파는 직렬 지연 게이트 회로(150)에서 한계 신호(FULL SIGNAL)을 출력함에 따라 종료될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 한계 신호가 출력되면, 셋(SET) 신호는 로우(LOW)로 변경되고, 타임 레지스터(100)는 초기화될 수 있다.A SET signal for driving the time register may be input to the SET
한편, 직렬 지연 게이트 회로(150)는 도 2(a)에 도시된 바와 같은 복수의 지연 게이트 들이 N개 직렬 연결되는 회로로 구성될 수 있다.On the other hand, the series
지연 게이트들에 인에이블(EN) 신호가 인가됨에 따라, 직렬 지연 게이트 회로(150)는 복수의 지연 게이트 셀들을 순차적으로 동작시켜 시간 정보를 누적하며, 누적된 시간 정보가 한계값에 도달하면 한계 신호(FULL SIGNAL, FS)를 출력할 수 있다.As the enable (EN) signal is applied to the delay gates, the serial
그리고, 시간 정보를 누적하기 위해, 직렬 지연 게이트 회로(150)는 위상 지연을 이용할 수 있다. 도 2 (b)에 도시된 바와 같이, 각각의 지연 게이트 셀(또는 지연 게이트 라인)에서는, 트리거 신호와 인(IN)신호에 의해 생성되는 인에이블(EN) 신호에 따라 입력 펄스(input pulse)의 시간 구간에 대응하여 일정하게 위상(pulse)이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 2 (a)에 도시된 바와 같이, 입력 펄스가 누적됨에 직렬 지연 게이트 회로(150)의 한계 신호가 출력되는 시간을 T_FS라고 하면, 각각의 지연 게이트 셀에 의해 지연되는 위상이 τ_Q인 경우, 한계 신호가 출력될 때까지 도달하는 시간 T_FS = N * τ_Q라고 할 수 있다. And, to accumulate time information, the serial
또한, 도 2 (b)에 도시된 바와 같이, 직렬 지연 게이트 회로(150)에 인(IN) 신호와 트리거 신호가 0으로 인가되어 인에이블(EN)신호가 인가되지 않은 경우에는 그 위상이 현재 값으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 만약 위상 2τ_Q까지 인에이블(EN)신호가 인가되다가 인가 중지된 경우, 직렬 지연 게이트 회로(150)의 위상은 트리거 신호에 의해 다시 위상이 증가할 때까지 2τ_Q로 유지될 수 있다. 이와 같은 위상 지연의 증가 및 유지 타이밍을 이용하여, 타임 레지스터(100)의 시간 정보 저장 기능이 구현될 수 있다.2 (b), when the IN signal and the trigger signal are applied with 0 and the enable signal is not applied to the serial
또한, 직렬 지연 게이트 회로(150)의 위상 지연 및 유지에 의해, 한계 신호가 출력되는 시간 T_FS가 제어될 수 있다. 여기서, 지연 게이트 셀의 특성 및 개수에 따라 T_FS는 미리 결정된 시간일 수 있다. 이 경우, 간단히 지연 게이트 셀의 개수를 증가시킴으로써, 직렬 지연 게이트 회로(150)에 누적되는 시간 한계가 쉽게 높아질 수 있는 장점이 있다. Further, by the phase delay and the holding of the series
한편, 이와 같이 구성된 타임 레지스터(100)의 출력 T_OUT을 출력부(160)에서는 출력할 수 있다. 여기서, 출력 T_OUT은 입력 파형 인(IN) 신호를 T_IN이라고 표현하는 경우, T_OUT = T_FS - T_IN 이라고 지정할 수 있다. 출력부(160)는 T_OUT을 상기와 같이 연산함으로써, 타임 레지스터(100)에 저장된 시간 정보를 획득하여 출력할 수 있다. 또한, 출력부(160)는 T_OUT을 다시 연속적으로 타임 레지스터(100)에 입력하여 T_IN 자체를 출력하는 형태로 구성될 수도 있다.On the other hand, the output T_OUT of the
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)의 입출력 타이밍을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for schematically explaining the input / output timing of the time register 100 according to the embodiment of the present invention.
도 3 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)의 인(IN)입력으로 T_IN의 시간 구간을 갖는 신호가 입력되는 경우, 타임 레지스터(100)의 출력 시간 정보 T_OUT은 T_FS - T_IN으로 연산될 수 있다.3 (a), when a signal having a time interval of T_IN is input to the IN input of the time register 100 according to the embodiment of the present invention, the output time of the
이는 도 3(b)의 타이밍도를 통해 보다 구체적으로 설명될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)는 T_IN의 시간 구간을 갖는 입력 펄스가 수신되면, 다음 클럭의 트리거 신호가 수신되기 전까지 T_IN 시간만큼 시간 정보를 유지할 수 있다. 그리고, 트리거 신호가 수신되면, 타임 레지스터(100)는 누적된 시간 T_IN으로부터 한계 시간 T_FS까지만 시간을 지연하였다가 한계 신호(FS)를 출력할 수 있다. 따라서, 타임 레지스터(100)에 저장된 시간 정보는 T_FS에서 T_IN를 감산한 값으로 출력될 수 있다.
This can be explained in more detail through the timing diagram of Fig. 3 (b). The
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)를 이용한 가산기(200) 또는 감산기(300)가 구현될 수 있다.Meanwhile, the
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)를 이용한 가산기(200) 및 감산기 (300)의 구성 및 입출력 구성을 나타낸다.4 shows the configuration and input / output configuration of the
먼저 가산기(200)를 설명하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가산기 (200)는 입력부(210), 제1 타임 레지스터(100A), 제2 타임 레지스터(100B) 및 출력부(220)를 포함한다.The
입력부(210)는 제1 시간 구간(Ta)을 갖는 제1 펄스 신호 및 제2 시간 구간(Tb)을 갖는 제2 펄스 신호를 순차적으로 수신하고, 제1 타임 레지스터(100A)로 전달할 수 있다.The input unit 210 may sequentially receive the first pulse signal having the first time interval Ta and the second pulse signal having the second time interval Tb and may transmit the first pulse signal and the second pulse signal to the
그리고, 제1 타임 레지스터(100A)는 순차적으로 입력되는 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호의 시간 정보를 누적하고, 한계 신호가 출력되는 한계 시간 T_FS에서 상기 Ta와 Tb가 누적된 시간을 뺀 제1 출력 신호(T_FS - (Ta + Tb))를 출력하여 제2 타임 레지스터(100B)로 전달한다. The
그러면, 제2 타임 레지스터(100B)는 전달된 제1 출력 신호의 시간 정보를 누적하고, 다시 한계 시간에서 뺀 제2 출력 신호(T_FS - (T_FS - (Ta + Tb)))를 출력부(220)로 출력한다.Then, the
이에 따라, 순차적으로 입력되는 제1 펄스 신호의 제1 시간 구간 Ta와 제2 펄스 신호의 제2 시간 구간 Tb가 가산된 Ta + Tb 시간 구간을 갖는 제2 출력 신호가 외부로 출력될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 가산기(200)는 제1 타임 레지스터(100A)와, 제2 타임 레지스터(100B)를 종속적으로 연결함으로써 구현될 수 있다.Accordingly, the second output signal having the Ta + Tb time interval in which the first time interval Ta of the sequentially input first pulse signal and the second time interval Tb of the second pulse signal are added can be output to the outside. Therefore, the
그리고, 감산기(300)를 설명하면, 본 발명의 실시 예에 따른 감산기(300)는 제1 입력부(310), 제1 타임 레지스터(100C), 제2 입력부(320), 제2 타임 레지스터(100D) 및 출력부(330)를 포함한다.The
제1 입력부(310)는 제1 시간 구간(Ta)을 갖는 제1 펄스 신호를 수신하여 제1 타임 레지스터(100C)로 전달할 수 있다.The
그리고, 제1 타임 레지스터(100A)는 입력된 제1 펄스 신호 시간 정보 Ta를 누적하고, 한계 신호가 출력되는 한계 시간 T_FS에서 상기 Ta가 누적된 시간을 뺀 제1 출력 신호(T_FS - Ta)를 출력하여 제2 입력부(320)로 전달한다.The
그리고, 제2 입력부(320)는 제2 시간 구간(Tb)를 갖는 제2 펄스 신호 및 상기 제1 출력 신호를 순차적으로 수신하여, 제2 타임 레지스터(100B)로 전달한다. 이를 우해, 제2 입력부(320)는 적어도 하나의 논리 게이트를 포함할 수 있다.The
그러면, 제2 타임 레지스터(100B)는 전달된 제1 출력 신호와 제2 펄스 신호의 시간 정보를 누적하고, 다시 한계 시간에서 뺀 제2 출력 신호(T_FS - (T_FS - Ta) + Tb)))를 출력부로 출력한다.Then, the
이에 따라, 순차적으로 입력되는 제1 펄스 신호의 제1 시간 구간 Ta와 제2 펄스 신호의 제2 시간 구간 Tb가 감산된 Ta - Tb 시간 구간을 갖는 제2 출력 신호가 외부로 출력될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 가산기(200)는 제1 타임 레지스터(100A)와, 제2 타임 레지스터(100B)를 종속적으로 연결함으로써 구현될 수 있다.Accordingly, the second output signal having the Ta - Tb time interval obtained by subtracting the first time interval Ta of the sequentially input first pulse signal and the second time interval Tb of the second pulse signal may be output to the outside. Therefore, the
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)는 그 특성에 의해, 가산기(200) 및 감산기(300)의 형태로 용이하게 구현될 수 있으며, 시간 정보의 저장 및 클럭 동기화가 용이하게 된다.As described above, the time register 100 according to the embodiment of the present invention can be easily implemented in the form of the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 직연 게이트 셀을 나타낸다.5 shows a prior art gate cell according to an embodiment of the present invention.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)의 직렬 지연 게이트 회로(150)는 직렬 연결되는 지연 게이트 셀로 구성될 수 있으며, 도 5(a)에 도시된 바와 같이 일반적인 지연 게이트 셀(151A)의 형태로 구현될 수 있다.Meanwhile, the serial
다만, 복수의 지연 게이트 셀(151A)을 연결하는 경우 게이팅 불균형에 의해 에러가 발생할 수 있다. 특히, 타임 정보가 유지되는 구간에서 셋(SET)신호의 전파가 제대로 이루어지지 않은 경우 위상 오류가 발생할 수 있다.However, when a plurality of
이와 같은 오류를 감소시키기 위해, 본 발명의 실시 예에 따르면 지연 게이트 셀은 도 5(b)에 도시된 바와 같은 에러를 방지하기 위한 기울인 지연 게이트 셀(151B, skewed gated delay cell)의 형태로 구현될 수 있다. 기울인 지연 게이트 셀(151B)은 셋(SET) 신호를 전파하기 위해, SET 신호가 입력되는 복수의 입력부(IN[n-5], IN[n-3], IN[n-1] 등)를 구비할 수 있으며, 입력된 복수의 셋(SET) 신호를 복수의 경로를 통해 전달시켜 다음 지연 게이트 셀(151B)로 출력하는 출력부를 가질 수 있다. 이와 같은 구성에 따라 입출력 신호의 시간적 오류 등을 감소시킬 수 있다.In order to reduce such an error, according to the embodiment of the present invention, the delay gate cell is implemented in the form of a skewed gated delay cell (151B), which is a slope for preventing an error as shown in FIG. 5B . The inclined delay gate cell 151B includes a plurality of input units IN [n-5], IN [n-3], IN [n-1], and the like for inputting a SET signal And may have an output unit for transmitting a plurality of input SET signals through a plurality of paths and outputting the signals to the next delay gate cell 151B. According to this configuration, it is possible to reduce a time error and the like of the input / output signal.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)에 기울인 지연 게이트 셀(151B)를 적용한 경우의 비교 결과 데이터를 설명하는 도면들이다.FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining comparison result data when the delay gate cell 151B inclined to the time register 100 according to the embodiment of the present invention is applied.
도 6을 참조하면, 도 6은 입력 시간 대비 오류 시간을 그래프로 도시한 것으로, 신호를 복수 경로로 전달하는 기울인 지연 게이트 셀(151B)을 적용한 경우(B)의 최대 오류 시간 차이가 일반적 지연 게이트 셀(151A)를 적용한 경우(A)보다 매우 작아지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, FIG. 6 is a graph showing an error time versus input time. In the case where a delay gate cell 151B having a tilt for transmitting a signal through a plurality of paths is applied, the maximum error time difference in FIG. It can be confirmed that it is much smaller than (A) when the
또한, 도 7은 다양한 환경 조건에 따른 몬테-카를로 시뮬레이션 결과로서, 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)의 시간 오류는 모든 환경 조건 변화(전압 1,2V +-0.05V, 온도 0~80℃ 등)에서도 약 0.5피코초(ps) 이내에 불과한 것을 확인할 수 있다.
7 is a Monte-Carlo simulation result according to various environmental conditions. The time error of the time register 100 according to an embodiment of the present invention is a time error of all environmental conditions (
한편, 본 발명이 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)를 이용한 시간-디지털 변환기(TDC)가 구현될 수 있다.Meanwhile, a time-to-digital converter (TDC) using the time register 100 according to the embodiment of the present invention can be implemented.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)를 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 8 is a block diagram illustrating a time-to-
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)는, 펄스 생성부(410), 파이프 스테이지부(420A), 라인 지연 시간-디지털 변환부(430) 및 디지털 오류 보정부(440)을 포함한다.8, a time-to-
도 8에 도시된 바와 같이, 펄스 생성부(410)는 시작(Start) 신호 및 중단(Stop) 신호를 수신하고, 그 시간 차이에 따라 펄스 신호 Tin을 생성하여 파이프 스테이지부(420A)로 전달한다. 또한, 펄스 생성부(410)는 시간-디지털 변환기(400)의 구동을 위한 동작 클럭 신호를 각각의 구성요소로 인가할 수 있다. 또한 오차 보정을 위해, 펄스 생성부(410)는 시작 신호와 중단 신호간 시간 차이에 오프셋 시간을 부가하여 파이프 스테이지부(420A)로 전달할 수 있다. 8, the
펄스 생성부(410)에 인가되는 시작 신호는 외부 시스템으로부터 주기적으로 인가될 수 있으며, 펄스 생성부(410)는 주기적으로 인가되는 시작 신호로부터 상기 동작 클럭 신호를 외부 클럭으로 추출하고, 그 외부 클럭을 각 구성 요소의 클럭 신호로 전달할 수 있다.The start signal applied to the
그러나, 시작 신호가 주기적이지 않은 경우 펄스 생성부(410)는 자체적으로 동작 클럭 신호를 생성하여 각각의 구성 요소로 인가할 수도 있다.However, if the start signal is not periodic, the
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)는 인가된 펄스 신호 Tin에 기초하여 복수의 스테이지 회로(420)로 파이프 라인별 시간 지연 연산을 수행하는 파이프 스테이지부(420A)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이 3개의 파이프 라인에서 4 스테이지의 시간 지연 연산이 수행되는 경우 4 * 4 * 4 = 64 번의 스테이지 연산이 수행될 수 있다. 이에 따르면, 일반적인 버니어 딜레이 라인(Vernier delay line)회로 등을 이용하지 않고도, 시간-디지털 변환기(400)의 시간 해상도 향상을 가능하게 할 수 있다.The time-to-
한편, 각각의 파이프에서 수행되는 스테이지별 시간 지연 연산은 파이프 스테이지부(420)에 포함되는 복수의 스테이지 회로(420)들에 의해 수행될 수 있다. 또한 이와 같은 각각의 파이프에서 수행되는 파이프 라인 연산에 따라 변환 속도가 향상될 수 있다. 이를 위한 구체적인 회로 구성에 대하여는 도 9에서 후술하도록 한다.On the other hand, the stage-by-stage time delay calculation performed in each pipe can be performed by the plurality of
그리고, 파이프 스테이지부(420A)에서 출력되는 시간 정보는 디지털 오류 보정부(440) 및 라인 지연 시간-디지털 변환부(430)로 전달될 수 있다.The time information output from the
라인 지연 시간-디지털 변환부(430)는 시간 지연의 마지막 스테이지의 역할을 수행할 수 있으며, 기존의 파이프-라인 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 회로의 역할을 수행할 수 있다.The line delay time-to-
디지털 오류 보정부(440)는 파이프 스테이지부(420A)의 출력 신호와 라인 지연 시간-디지털 변환부(430)의 출력을 인가받아, 일반적인 시간-디지털 변환기에서 발생할 수 있는 오프셋 오류에 대한 보정을 수행한다. 디지털 오류 보정부(440)는 보정된 시간-디지털 변환 신호를 외부로 출력할 수 있다.The digital
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 스테이지부(420A)를 구성하는 스테이지 회로(420)의 블록도 및 회로도를 나타낸다.Fig. 9 shows a block diagram and a circuit diagram of a
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 스테이지 회로(420)는 타임 레지스터(100), 제1 시간-디지털 변환부(421), 제1 디지털-시간 변환부(422) 및 시간 증폭기(423)을 포함한다.9, the
타임 레지스터(100)의 구성은 전술한 바와 같으며, 입력 펄스를 수신하고, 수신된 입력 펄스의 시간에 따라 시간 정보를 제1 시간(Tin)으로 유지 및 저장하며, 저장된 제1 시간을 제1 시간-디지털 변환부(421)로 출력한다.The configuration of the
그리고, 제1 시간-디지털 변환부(421)는 제1 시간을 양자화하고, 제1 출력 코드를 생성하여 제1 디지털-시간 변환부(422)로 출력한다.The first time-to-
이후, 제1 디지털-시간 변환부(422)는 제1 출력 코드에 따라 시간 레퍼런스(Tref)를 생성하며, 시간 증폭기(423)로 전달한다.Then, the first digital-to-
시간 증폭기(423)는 잔차 신호(Tout)로 증폭하고, 잔차 신호를 다음 스테이지 회로(420)로 전달한다.The
도 9에 도시된 바와 같은 스테이지 회로(420)가 4번 수행되는 경우, 그 출력은 제1 시간 및 잔차 신호에 따라 4 * (Tin - Dout * Tref)의 신호가 출력될 수 있다. 디지털 오류 보정부(440)는 각 스테이지 회로(420)로부터 제1 비트, 예를 들어 2.5bit의 시간 신호를 수집하여 오류 보정 처리를 수행하고, 제2 비트, 예를 들어 9bit의 변환된 시간 정보를 생성하여 출력할 수 있다.When the
그리고, 도 9 하단에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 스테이지 회로(420)는 타임 레지스터(100)에 포함된 복수의 지연 게이트 셀과 연결되는 제1 시간-디지털 변환부(421)와 제1 디지털-시간 변환부(422)가 포함된 형태로 구현될 수 있다. 9, the
이에 따라, 제1 시간-디지털 변환부(421)는 그 동작 속도를 향상시킬 수 있으며, 양자화 레벨 설정에 의해 제1 출력 코드를 바로 출력할 수 있다.Accordingly, the first time-to-
또한, 제1 디지털-시간 변환부(422)는 제1 출력 코드 신호를 전달받아 시간 레퍼런스(Tref) 신호를 생성할 수 있다. 제1 디지털-시간 변환부(422)는 레퍼런스 레벨을 결정하기 위해, 지연 라인에 연결되는 복수의 스위치를 포함할 수 있다. In addition, the first digital-to-
또한, 도 9 하단에 도시된 바와 같이, 집약된 회로의 구현 및 복잡도 감소를 위해, 상술한 타임 레지스터(100), 제1 시간-디지털 변환부(421) 및 제1 디지털 시간 변환부(422)는 하나의 지연 라인을 이용하여 각각의 코어가 연결될 수 있다.9, the
한편, 도 10은 시간 증폭기(423)의 세부 구성을 도시한 것으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 시간 증폭기(423)는 수신되는 복수개의 펄스 신호를 순차적으로 지연하고, 병합하여 출력하는 펄스 트레인 시간 증폭기(PT-TA)의 형태로 구현될 수 있다. 도 10에서는 4개의 제1 시간 입력 Tin을 연결 및 증폭하여 출력하는 펄스 트레인 시간 증폭기로 구현된 예를 설명하고 있다. 이를 위해, 시간 증폭기(423)는 적어도 3개의 시간 지연 회로 및 지연된 신호 병합을 위한 OR 게이트 회로를 포함할 수 있다. 이에 따라 캘리브레이션 없이도 정확한 게인 설정이 가능하며, 및 입력 신호의 리니어 레인지를 넓힐 수 있다.10 shows a detailed configuration of the
이와 같은 스테이지 회로(420)의 파이프라인 구성에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 동적 범위(Dynamic range, DR)는 전체 제1 시간-디지털 변환부(421)의 개수에 따라 확장될 수 있다. 또한, 시간 해상도는 각 제1 시간-디지털 변환부(421)의 양자화 레벨을 전체 제1 시간-디지털 변환부(421)의 게인 합으로 나눈 만큼 정의될 수 있으므로, 용이하게 확장 가능하게 된다.According to the pipeline configuration of the
그리고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 라인-지연 시간-디지털 변환부(430)의 세부 구성을 나타내며, 마지막 스테이지 역할을 수행하기 위한 타임 레지스터(100) 및 상기 타임 레지스터(100)의 일부 복수의 지연 게이트 셀과 연결되는 제2 시간-디지털 변환부(431)를 포함할 수 있다. 마지막 플립 플롭(FF)을 제외한 다른 구성 요소들의 동작은 스테이지 회로(420)의 구성과 유사하므로 생략하도록 한다.11 shows a detailed configuration of the line-delay time-to-
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 전달 커브 곡선을 나타낸다.12 shows a transfer curve curve of the time-to-
도 12에 도시된 바와 같이, 전달 커브 곡선은 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)의 출력이 보상(compemetary)적인 값임에 따라 반전되는 형태를 가질 수 있다. 따라서, 각각의 스테이지별로 짝수 스테이지와 홀수 스테이지간 출력은 반전될 수 있다. 이에 따라 디지털 오류 보상부(440)는 이와 같은 각 스테이지별로 상이한 반전 출력들을 정상 출력으로 보정하는 처리를 수행할 수 있다.As shown in FIG. 12, the transmission curve curve may have a form in which the output of the time register 100 according to the embodiment of the present invention is inverted according to a competing value. Thus, the output between the even-numbered stage and the odd-numbered stage can be inverted for each stage. Accordingly, the
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 스테이지별 시간-디지털 변환 방법을 설명하기 위함 흐름도 및 회로 동작을 나타낸다.FIG. 13 shows a flowchart and a circuit operation for explaining a time-to-digital conversion method for each stage of the time-to-
도 13을 참조하면, 시간-디지털 변환기(400)는 먼저 입력 신호가 인가되면(S100), 타임 레지스터로 인에이블(EN) 신호가 인가됨과 함께 입력 신호에 따른 제1 시간이 저장된다(S110).13, when the input signal is first applied (S100), the time-to-
도 13(a)에 도시된 바와 같이, 최초 입력된 입력 신호는 제1 크기의 위상을 갖는 4개의 펄스들을 포함할 수 있다. 4개의 펄스들은 이전 스테이지에서 전달된 신호일 수 있으며, 제1 크기는 예를 들어 1.1τ_Q일 수 있다. 그리고, 타임 레지스터(100)에 위상이 제1 크기의 4배만큼 증가된 4.4τ_Q가 제1 시간에 대응되는 시간 정보로서 저장 및 유지될 수 있다.As shown in FIG. 13 (a), the input signal initially input may include four pulses having a phase of a first magnitude. The four pulses may be the signal transmitted in the previous stage, and the first magnitude may be, for example, 1.1? Q. Then, in the
그리고, 시간-디지털 변환기(400)는 저장된 제1 시간에 기초하여 제1 출력 코드를 생성한다(S120).Then, the time-to-
도 13(b)에 도시된 바와 같이, 제1 시간-디지털 변환부(421)는 설정에 따라 제1 시간에 대응되는 출력 코드 '001'을 생성하여 출력할 수 있다. As shown in FIG. 13 (b), the first time-to-
그리고 시간-디지털 변환기(400)는 제1 출력 코드에 대응되는 시간 레퍼런스를 생성하고, 잔차 신호를 출력한다(S130).The time-to-
도 13(c)에 도시된 바와 같이, 제1 시간-디지털 변환부(421)는 제1 출력 코드에 기초하여, 타임 레지스터(100)의 한계 신호(FULL SIGNAL)을 획득할 적절한 노드를 선택할 수 있다. 타임 레지스터(100)로 트리거 신호가 수신됨에 따라, 제1 시간-디지털 변환부(421)는 트리거 시간 및 한계 신호 발생 시간을 포함하는 시간 레퍼런스를 획득할 수 있다. 그리고, 제1 시간-디지털 변환부(421)는 트리거 시간으로부터 한계 신호 획득 시간까지의 시간 차이에 대응되는 잔차 신호를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간-디지털 변환부(421)는 6τ_Q - 4.4τ_Q를 연산하여 1.6τ_Q와 같은 잔차 신호를 획득할 수 있다.As shown in Fig. 13C, the first time-to-
그리고, 시간-디지털 변환기(400)는 잔차 신호를 증폭하여 출력한다(S140).Then, the time-to-
도 13(d)에 도시된 바와 같이, 시간 증폭기(423)는 수신되는 복수개의 펄스 신호를 순차적으로 지연하고, 병합하여 펄스 트레인 형태로 출력할 수 있다. 도 13에(d)서는 4개의 잔차 신호 입력 1.6τ_Q들 4개를 연결하여 출력하는 예를 설명하고 있다.As shown in FIG. 13 (d), the
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 전체적인 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.FIG. 14 is a timing chart for explaining the overall operation of the time-to-
도 14에 도시된 바와 같이, 시간-디지털 변환기(400)에 SET 신호가 인가되면 시간-디지털 변환기(400)가 초기화되며, 이후 입력 신호가 Tin 펄스로 수신되고, 각 펄스들이 수신되면서 클럭 신호가 수신됨에 따라, 파이프라인별 스테이지 회로(420)들이 동작하며, 최종적으로 증폭된 잔차 신호가 클럭과 동기화되어 출력될 수 있다.14, when the SET signal is applied to the time-to-
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)가 칩으로 구현된 예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 15 is a diagram for explaining an example in which the time-to-
도 15를 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)가 칩상에 구현되는 경우, 클럭 발생기, 제1 스테이지 회로, 제2 스테이지 회로, 제3 스테이지 회로 및 플래시 시간-디지털 변환기 회로와 로직회로를 포함하여 소형의 칩 상에 구현될 수 있다. 이와 같은 구성에 따라, 시간-디지털 변환기(400)는 규격화된 CMOS 칩 상에서 구현될 수 있으며, 전력 소모를 감소시킬 수 있다.15, when a time-to-
도 16 내지 도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 실험 결과 데이터이다.16 to 20 are experimental result data of the time-to-
도 16 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 입력 신호의 동적 범위(dynamic range)는 578ps를 기록하였으며, 이는 앞서 설명한 바와 같은 지연-라인(delay-line) 및 지연 게이트 셀을 이용한 타임 레지스터(100)의 동작에 의해 달성될 수 있다. 또한, 동작 스피드 와 시간 해상도 또한 기존보다 향상된 250MSamples/s 및 1.12ps를 기록함을 확인할 수 있었다. 그리고, 성능 지수 분석(Figure-of-merit)분석을 해본 결과, 전력 소모는 줄이고 시간-디지털 컨버터의 성능은 향상 되었으므로 우수한 성능 지수를 확보 할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 디지털 오류 보상에 의해 노이즈 및 에러에도 강한 정확도를 가짐을 확인할 수 있다.16 to 20, the dynamic range of the input signal is recorded at 578 ps, which is the
한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법은 프로그램 코드로 구현되어 다양한 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장된 상태로 각 서버 또는 기기들에 제공될 수 있다. Meanwhile, the method according to various embodiments of the present invention described above may be implemented in program code and provided to each server or devices in a state stored in various non-transitory computer readable media.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.A non-transitory readable medium is a medium that stores data for a short period of time, such as a register, cache, memory, etc., but semi-permanently stores data and is readable by the apparatus. In particular, the various applications or programs described above may be stored on non-volatile readable media such as CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM,
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It should be understood that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.
Claims (11)
상기 입력 펄스 신호를 수신하여 파이프라인에 따라 스테이지별 시간 지연 연산을 수행하는 파이프 스테이지부; 를 포함하고,
상기 파이프 스테이지부는 복수의 스테이지 회로를 포함하며,
상기 스테이지 회로는
시간 정보를 누적하기 위한 직렬 지연 게이트 회로부의 동작에 의해 시간 정보를 저장하는 타임 레지스터를 포함하고,
상기 타임 레지스터는
제1 시간 구간을 갖는 입력 신호를 수신하는 인(IN) 신호 입력부;
트리거 신호를 수신하는 트리거 신호 입력부;
상기 입력 신호와 트리거 신호에 응답하여 인에이블(EN) 신호를 생성하는 인에이블(EN) 생성부;
셋 신호를 수신하는 셋(SET) 신호 입력부; 및
상기 인에이블(EN) 신호를 인가받아, 상기 셋(SET) 신호를 전파하는 상기 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며,
상기 직렬 지연 게이트 회로부는 상기 셋(SET) 신호의 전파(propagation)에 따라 위상 지연에 따른 시간 정보를 누적하기 위해, 상기 셋(SET) 신호가 입력되는 복수의 입력부 및 상기 입력된 복수의 셋(SET) 신호를 복수의 경로를 통해 전달시켜 다음 지연 게이트 셀로 출력하는 출력부가 기울인 지연 게이트 셀(skewed gated delay cell)의 형태로 구현되는 복수의 지연 게이트 셀을 포함하는
시간-디지털 변환기.A pulse generator for generating an input pulse signal; And
A pipeline stage for receiving the input pulse signal and performing a time delay calculation for each stage according to the pipeline; Lt; / RTI >
Wherein the pipe stage portion includes a plurality of stage circuits,
The stage circuit
And a time register for storing time information by operation of a serial delay gate circuit unit for accumulating time information,
The time register
An IN signal input unit receiving an input signal having a first time interval;
A trigger signal input unit for receiving a trigger signal;
An enable (EN) generator for generating an enable (EN) signal in response to the input signal and the trigger signal;
A SET signal input unit for receiving a set signal; And
And the serial delay gate circuit portion receiving the enable signal and propagating the SET signal,
Wherein the serial delay gate circuit includes a plurality of input units to which the SET signal is input and a plurality of input units to which the SET signal is input to accumulate time information according to a phase delay according to propagation of the SET signal, And a plurality of delay gate cells, each of which is implemented in the form of a skewed gated delay cell, the output of which transmits a SET signal to a next delay gate cell through a plurality of paths,
Time-to-digital converter.
상기 스테이지 회로는
입력된 제1 시간을 양자화하여 제1 출력 코드를 생성하는 제1 시간-디지털 변환부;
상기 제1 출력 코드에 따라 트리거 시간을 포함하는 시간 레퍼런스를 생성하고, 잔차 신호를 획득하는 제1 디지털-시간 변환부; 및
상기 잔차 신호를 증폭하여 출력하는 시간 증폭부를 포함하는
시간-디지털 변환기.The method according to claim 1,
The stage circuit
A first time-to-digital converter for quantizing the input first time to generate a first output code;
A first digital-to-time converter for generating a time reference including a trigger time according to the first output code and acquiring a residual signal; And
And a time amplifying unit for amplifying and outputting the residual signal
Time-to-digital converter.
상기 제1 시간-디지털 변환부 및 상기 제1 디지털-시간 변환부는 상기 타임 레지스터의 직렬 지연 게이트 회로 일부에 연결되어 동일한 지연-라인(delay-line)상에 배치되는 것을 특징으로 하는 시간-디지털 변환기.3. The method of claim 2,
Wherein the first time-to-digital converter and the first digital-to-time converter are connected to a part of the serial delay gate circuit of the time register and are arranged on the same delay-line. .
상기 직렬 지연 게이트 회로부는
상기 복수의 지연 게이트 셀들의 동작에 따라 위상을 가변하여 시간 정보를 누적하며, 상기 누적된 시간 정보가 한계값에 도달하면 한계 신호를 출력하는 시간-디지털 변환기.The method according to claim 1,
The series delay gate circuit portion
The time-to-digital converter outputs the limit signal when the accumulated time information reaches the threshold value by varying the phase according to the operation of the plurality of delay gate cells.
상기 타임 레지스터는
상기 한계 신호가 출력되는 한계 시간 및 트리거 시간 사이의 차이 값에 기초하여 상기 제1 시간 구간에 대응되는 제1 시간 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 시간-디지털 변환기.The method according to claim 6,
The time register
And an output unit outputting first time information corresponding to the first time period based on a difference value between a limit time and a trigger time at which the limit signal is output.
상기 입력 펄스 신호가 인가됨에 따라 타임 레지스터의 직렬 지연 게이트 회로부에 제1 시간 정보를 저장하는 단계;
상기 제1 시간 정보로부터 제1 출력 코드를 생성하는 단계;
상기 제1 출력 코드에 대응되는 시간 레퍼런스를 생성하고, 시간 레퍼런스에 대응되는 잔차 신호를 생성하는 단계; 및
상기 잔차 신호를 증폭하여 출력하는 단계를 포함하고,
상기 타임 레지스터는
제1 시간 구간을 갖는 입력 신호를 수신하는 인(IN) 신호 입력부;
트리거 신호를 수신하는 트리거 신호 입력부;
상기 입력 신호와 트리거 신호에 응답하여 인에이블(EN) 신호를 생성하는 인에이블(EN) 생성부;
셋 신호를 수신하는 셋(SET) 신호 입력부; 및
상기 인에이블(EN) 신호를 인가받아, 상기 셋(SET) 신호를 전파하는 상기 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며,
상기 직렬 지연 게이트 회로부는 상기 셋(SET) 신호의 전파(propagation)에 따라 위상 지연에 따른 시간 정보를 누적하기 위해, 상기 셋(SET) 신호가 입력되는 복수의 입력부 및 상기 입력된 복수의 셋(SET) 신호를 복수의 경로를 통해 전달시켜 다음 지연 게이트 셀로 출력하는 출력부가 기울인 지연 게이트 셀(skewed gated delay cell)의 형태로 구현되는 복수의 지연 게이트 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는
시간-디지털 변환 방법.Receiving an input pulse signal;
Storing the first time information in the serial delay gate circuit portion of the time register as the input pulse signal is applied;
Generating a first output code from the first time information;
Generating a time reference corresponding to the first output code and generating a residual signal corresponding to the time reference; And
And amplifying and outputting the residual signal,
The time register
An IN signal input unit receiving an input signal having a first time interval;
A trigger signal input unit for receiving a trigger signal;
An enable (EN) generator for generating an enable (EN) signal in response to the input signal and the trigger signal;
A SET signal input unit for receiving a set signal; And
And the serial delay gate circuit portion receiving the enable signal and propagating the SET signal,
Wherein the serial delay gate circuit includes a plurality of input units to which the SET signal is input and a plurality of input units to which the SET signal is input to accumulate time information according to a phase delay according to propagation of the SET signal, And a plurality of delay gate cells which are implemented in the form of a skewed gated delay cell in which an output unit for transmitting a SET signal through a plurality of paths and outputting the signal to a next delay gate cell is included
Time-to-digital conversion method.
상기 출력된 잔차 신호를 다음 스테이지로 인가하는 단계를 더 포함하고,
상기 입력 펄스 신호는 이전 스테이지 회로로부터 출력된 잔차 신호인 것을 특징으로 하는 시간-디지털 변환 방법.9. The method of claim 8,
Further comprising the step of applying the output residual signal to a next stage,
Wherein the input pulse signal is a residual signal output from a previous stage circuit.
상기 직렬 지연 게이트 회로부는 상기 복수의 지연 게이트 셀들의 동작에 따라 위상을 가변하여 시간 정보를 누적하며, 상기 누적된 시간 정보가 한계값에 도달하면 한계 신호를 출력하고,
상기 다음 스테이지로 인가되는 상기 잔차 신호는, 트리거 시간으로부터 상기 한계 신호 획득 시간까지의 시간 차이에 대응되는 것을 특징으로 하는 시간-디지털 변환 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the serial delay gate circuit unit accumulates time information by varying a phase according to an operation of the plurality of delay gate cells and outputs a limit signal when the accumulated time information reaches a threshold value,
Wherein said residual signal applied to said next stage corresponds to a time difference from a trigger time to said limit signal acquisition time.
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