TW200539574A - Circuitry and method for measuring time interval with ring oscillator - Google Patents

Circuitry and method for measuring time interval with ring oscillator Download PDF

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TW200539574A
TW200539574A TW093114382A TW93114382A TW200539574A TW 200539574 A TW200539574 A TW 200539574A TW 093114382 A TW093114382 A TW 093114382A TW 93114382 A TW93114382 A TW 93114382A TW 200539574 A TW200539574 A TW 200539574A
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oscillating
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Yeah-Min Lin
Kuang-Tso Luo
Ren-Her Chen
Sau-Mou Wu
Yun-Hsien Lin
Tsun Hsin Wang
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Chung Shan Inst Of Science
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Description

200539574 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種間隔時間量測電路,且特別是有 關於一種利用環型振盪器模組(Ring Oscillator)架構之電路 振盪特性的間隔時間量測電路。 【先前技術】 在信號處理中’常常需要測定脈波信號之寬度所對應 的間隔時間,或者是兩個數位信號邊緣之間的間隔時間。 例如用雷射來測定距離時,只要計算發射雷射時所產生的 數位信號,以及雷射碰到目標物而反射回原點所產生的數 位信號二者之間的間隔時間,再將其乘以光速,就可以知 道原點距離目標物之間的距離。一般來說,上述的間隔時 間非常的短,通常以奈秒(ns)爲單位,因此要如何精確的 測量間隔時間,就是一個重要的課題。 圖1係繪示習知的一種間隔時間量測電路。請參照圖 1,這種間隔時間量測電路被稱作傳遞延遲法數位計時器, 係由許多例如1 〇 1的傳遞延遲單兀(Propagation Delay Unit) 電路彼此串聯,再配合編碼器103所組合而成。其中,傳 遞延遲單元用來做爲最小時間的計算單位。當脈衝信號Vi 由起始端Start輸入後,傳遞延遲法數位計時器會開始傳 遞信號,依序改變每一傳遞延遲單元之狀態,經過多 少次延遲後,V2信號輸入時立即將各個傳遞延遲單元信號 輸入至編碼器,然後解讀其經過多少個傳遞延遲單元時 間,藉此來量測輸入信號%與V2所對應的間隔時間Tin。 這種傳遞延遲法數位計時器所採取的方式雖然精度相當高 200539574 (數十ps),但是擴充性非常有限,以致於也限制了量測的 範圍。若是要增加量測範圍,則須增加傳遞延遲單元的數 量,但是就會使得電路佈局的複雜度增加,難以實現。 圖2係繪示習知的另一種間隔時間量測電路。請參照 圖2,這種間隔時間量測電路被稱爲線性數位時間轉換器’ 其是利用例如PDE 201的脈衝縮減延遲單元(Pulse-shrinking Delay Element) 電路, 再配合延遲鎖定迴路 203 所組合而成。當脈衝信號Vin由第一個PDE 201輸入後, 每一個脈衝縮減延^單元電路都會固定縮短其輸入脈衝信 號Vin的寬度,並.由最後一級延遲單元輸出狀態來調整偏 壓信號Vbias,進而改變延遲單元所縮短之時間幅度,直 到輸入脈衝信號Vin在最後一級輸出後正好爲〇時停止調 整,此時由調整時間幅度乘以設計之延遲單元個數,就可 以得知脈衝信號Vin之寬度所對應的間隔時間。線性數位 時間轉換器雖然對環境的變化(例如溫度)具有較穩定的精 度,但是在測量時,需要不斷地校正偏壓Vbias來適應不 同寬度的脈衝信號Vin,並且其測量的範圍和精度亦受延 遲單元個數及偏壓調整範圍侷限。 圖3係繪示習知的另一種間隔時間量測電路。請參照 圖3 ’此種電路被稱爲循環式數位時間轉換器,係利用脈 衝縮減延遲電路301來固定縮減輸入的脈衝信號vin的寬 度,然後經過延遲電路303再將脈衝信號Vin回授回來重 新輸入,直到脈衝信號Vin的寬度變爲〇。其中,延遲電 路303內具有數個例如311的延遲單元。當脈衝信號vin 的寬度變爲0時,計數器305會累計脈衝信號Vin反覆經 200539574 過延遲電路之次數,來計算脈衝信號Vin之寬度所對應的 間隔時間。循環式數位時間轉換器改善了上述線性數位時 間轉換器的校正程序,但是信號縮減反覆輸入的結果,會 造成數値輸出延遲獲得的現象,並且其量測的範圍也受限 延遲電路303所允許的最大延遲時間範圍。而當量測範圍 增加時,電路架構也會變得很複雜。 【發明內容】 因此,本發明的目的就是在提供一種環型振盪式之間 隔時間量測電路,^以利用簡單的硬體電路架構來量測信 號的間隔時間。 本發明的再一目的是提供一種間隔時間之量測方法, 可以很有彈性的增加量測的範圍,而不會使得硬體電路架 構增加複雜度。 本發明的又一目的是提供一種間隔時間之量測方法, 可以利用簡單的校正程序,就可以精確地量測間隔時間。 本發明之目的在於提供一種環型振盪式之間隔時間量 測電路,可以測定脈衝信號之寬度所對應的間隔時間,其 包括了環型振盪器模組、計數器和編碼器。其中環型振盪 器模組係接收脈衝信號來開啓及關閉環型振盪器模組產生 振盪信號,並且此環型振盪器模組具有數個振盪輸出端, 用來分別對應輸出這些振盪信號。此外,編碼器具有數個 編碼輸入端,其分別對應耦接至振盪輸出端,以接收環型 振盪器模組所產生的振盪信號並加以編碼。而計數器係依 據環型振盪器模組所產生的振盪信號而產生一計數値。 環型振盪器模組包括奇數個延遲切換單元,係用來輸 200539574 出上述之振盪信號,其中第一個延遲切換單元之輸入係接 收脈衝信號和最後一個延遲切換單元之輸出,而除了最後 一個延遲切換單元外,其餘延遲切換單元之輸出都耦接至 下一個延遲切換單元的輸入,並且每一延遲切換單元之輸 出還分別耦接至對應之振盪輸出端,當脈衝信號每經過一 延遲切換單元,就會被減去一基本延遲時間,直到脈衝信 號之寬度値成爲〇。 在本發明的實施例中,最後一個延遲切換單元的輸出 係耦接至計數器,ί|得計數器計數最後一個延遲切換單元 所輸出之振盪信號的個數來產生計數値。 其中,上述之延遲切換單元中之第一個包括了反及閘 和開關電路。反及閘具有兩個輸入端,其中一個輸入端用 來接收脈衝信號,而另一輸入端則接收最後一個延遲切換 單元之輸出。開關電路係將反及閘之輸出與其對應之振盪 輸出端彼此互相耦接,並且依據脈衝信號來決定是否導通 反及閘之輸出與其對應之振盪輸出端。 另外,除了第一個延遲切換單元之外,其餘些延遲切 換單元各自包括反向器和開關電路。反向器的輸入端係耦 接至上一個延遲切換單元的反向器輸出,而開關電路係用 來將反向器之輸出耦接至對應之振盪輸出端,並且依據脈 衝信號來決定是否導通反向器之輸出端和所對應之振盪輸 出端,以將各個延遲切換單元所輸出之振盪信號輸入至編 碼輸入端。 一般來說,每一個開關電路都包括雙端開關和緩衝 器。其中雙端開關的其中一端係耦接反及閘或是反向器的 200539574 輸出,而另一端則親接緩衝器,並且雙端開關係依據環型 振盪器模組所接收的脈衝信號來決定導通與否。 在另一選擇實施例中,每一個開關電路也可以是開關 電晶體。其中,開關電晶體的一個源/汲極端係耦接反及 閘或是反向器的輸出,而另一個源/汲極端則耦接其中一 個振盪輸出端,並且開關電晶體的閘極端係接收輸入的脈 衝fg號。因此’開關電晶體係依據脈衝信號來決定是否導 通。 在本發明的實例中,開關電路的切換時間需小於反 及閘和反向器的延遲時間(在較佳的情況下,反及閘延遲 時間與反向器相等)。 此外’在本發明的實施例中,編碼器還具有數個編碼 輸出端。而編碼輸出端的數目,係將反向器的數目先取2 的對數,然後取其無條件進位的整數値後再加上i。 從另一觀點來看,本發明提供一種間隔時間之量測方 法’其步驟係如下所述。首先輸入脈衝信號,以產生振盪 信號。然後將脈衝信號的寬度逐次減去一個延遲時間値, 直到脈衝信號的寬度等於〇時停止。同時,依據基本延遲 時間和振盪信號而產生編碼資料,並且依據其中一個振盪 信號而產生計數資料。當脈衝信號的寬度等於〇時,則依 據計數値與編碼資料來判斷脈衝信號之寬度所對應的間隔 時間。 ^ 而在本發明的實施例中,產生編碼資料和計數資料的 步驟係如下所述。每隔〜個基本延遲時間就會產生一筆振 盪資料,然後再編碼此振盪資料以產生編碼資料,然後計 200539574 數最後一個振盪信號來產生計數資料。其中,振盪資料和 編碼資料都是以二進位來表示。 從另一觀點來看,本發明提供一種間隔時間之量測方 法,其步驟如下所述。首先輸入一個標準時間的參考脈衝 信號進行校正,並且產生數個振盪資料。然後將參考脈衝 信號的寬度減去一個基本延遲時間値,直到參考脈衝信號 之寬度等於〇時停止,並且依據基本延遲時間和振盪信號 而產生編碼資料,以及依據其中一個振盪信號而產生計數 資料。當參考脈衝號的寬度等於〇時,則依據參考脈衝 信號之寬度所對應的間隔時間、計數資料和編碼資料來計 算校正値。接下來,再輸入一個待測脈衝信號。同樣地, 將待測脈衝信號之寬度逐次減去一個延遲時間値,直到待 測脈衝信號之寬度等於〇。當待測脈衝信號之寬度等於0 時,則依據計數資料、編碼資料和校正値來計算待測脈衝 信號之寬度所對應的間隔時間。 綜上所述,本發明係採用環型振盪器模組的架構,其 利用延遲元件(反及閘和反向器)之延遲時間的特性來做爲 量測精度的依據’因此只需要調整反向器元件製程參數、 使用個數及計數器級數’就可以改變量測精度與增加量測 的範圍,並不會增加電路設計與製作的困難度。此外,本 發明可以先用一個標準的參考脈衝信號來獲得校正値’並 且以此校正値做爲後續量測使用’係簡化了複雜的校正程 序,又可以精確的量測到脈衝信號間隔時間。而本發明係 將時間調校和環境參數的修正計算’交由後級電路及軟體 來處理,因此本發明的硬體架構非常簡單。 200539574 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說 明如下。 【實施方式】 圖4係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種環型振 盪式之間隔時間量測電路的架構方塊圖。請參照圖4,環 型振盪器模組410係接收脈衝信號Vin啓動,並產生數個 振盪信號至編碼器420,使得編碼器420對環型振盪器模 組410所產生的振_信號進行編碼,而產生數個編碼信號。 此外,計數器430則接收環型振盪器模組所產生振盪信號, 並且依據其中一個振盪信號來產生計數値。當脈衝信號Vin 的寬度變爲〇時,就可以依據編碼信號和計數値來得到脈 衝信號Vin之寬度所對應的間隔時間Tin。 圖5A係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種環型 振器模組之內部邏輯電路圖。請參照圖5A,環型振盪 器模組410內,具有多個延遲切換單元,例如延遲切換單 元501、503和505,係用來輸出振盪信號,而這些延遲切 換單元係彼此互相串接。其中,每一個延遲切換單元的輸 出,係耦接至下一個延遲切換單元的輸入,並且也分別對 應耦接至振盪輸出端(Q1〜Qn)。而最後一個延遲切換單元 505的輸出,則回授至第一個延遲切換單元5〇1的輸入。 在本實施例中,第一個延遲切換單元501可以包括反 及閘511和開關電路510。而除了第一個延遲切換單元501 之外,從第二個延遲切換單元503開始,直到最後一個延 遲切換單元505,則具有反向器(例如521、531)。然而熟 200539574 習此技藝者當知,反向器也可以由反及閘或者其他的邏輯 閘來實現,本發明在此不作限制。其中,反及閘511的其 中的一個輸入係接收脈衝信號Vin,而另一個輸入則接收 反向器531的輸出。此外,反及閘511的輸出,係耦接至 反向器521的輸入。以此類推,除了反向器531之外,每 一個反向器的輸出都耦接至下一個延遲切換單元內之反向 器的輸入。 此外,在本實施例中,最後一個延遲切歡單元505內 之反向器531的輸中,還耦接至例如圖4中之計數器430 · 的輸入端Q0。因此,計數器430可以利用計數反向器531 所輸出之時脈信號的個數來產生計數値。 請繼續參照圖5Α,每一個遲切換單元都具有例如510 的開關電路,用來將反及閘511和所有反向器的輸出端, 分別對應連結至環型振盪器模組410的振盪輸出端 (Q1〜Qn)。而這些振盪輸出端(Q1〜Qn),則分別對應耦接至 例如圖4中之編碼器420的編碼輸入端(未繪示)。以開關 電路510爲例,其係依據脈衝信號Vin來決定是否將反及 閘511的輸出與振盪輸出端Q1導通,而其餘的開關電路 ® 也是同樣的動作。 開關電路可以如圖5A所示,具有雙端開關和緩衝器, 以下僅以開關電路510爲例介紹,而其餘的開關電路可以 比照開關電路510來設計。在開關電路510中,雙端開關 513的一端係耦接反及閘511的輸出端,另一端則耦接緩 衝器515的輸入端,而緩衝器515的輸出端係耦接振盪輸 出端Q1。當脈衝信號Vin被致能(Enable)的時候,雙端開 12 200539574 關513係呈現導通,因此反及閘511的輸出就會經由緩衝 器515從振盪輸出端Q1輸出。反之,當脈衝信號Vin被 禁能(Disable)的時候,雙端開關513係呈現跳脫狀態。 圖5B係繪示依照本發明另一實施例的一種環型振盪 器模組之內部邏輯電路圖。在本選擇實施例,開關電路510 又可以包括例如NMOS電晶體517的開關電晶體。NMOS 電晶體517的一個源/汲極端耦接反及閘511的輸出端,而 另一源/汲極端則耦接振盪輸出端Q1。此外,NMOS電晶 體517的閘極端係_收脈衝信號Vin。因此,NM0S電晶 體517係依據脈衝信號Vin來決定是否導通。 圖6A係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種間隔 時間之量測方法流程圖。請合倂參照圖6,當延遲切換單 元501內之反及閘511的其中一個輸入端,如步驟S601 所述,接收脈衝信號Vin後,環型振盪器模組410就會如 步驟S603所述,從振盪輸出端(Q^Qn)產生振盪信號。而 脈衝信號Vin每經過一個延遲切換單元,其寬度就會被減 去一個基本延遲時間値,就如步驟S605所述。然後如步 驟S607所述,依據基本延遲時間和振盪輸出端(Q1〜Qn)m 輸出的振盪信號來產生編碼資料,並且依據其中一個(在 本實施例中爲最後一個)振盪信號而產生計數資料。接著, 如步驟S609所述,檢查脈衝信號之寬度是否爲〇。若是脈 衝信號之寬度不爲0(就是步驟S609所標示的、、否〃),則 重複步驟S605。若是脈衝信號之寬度爲0(就是步驟S6〇9 標示的★是〃),則進行步驟S611所述,依據編碼資料及 計數資料來判斷脈衝信號之寬度所對應的間隔時間値。 200539574 圖6B係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種產生 編碼資料和計數資料之步驟流程圖。請合倂參照圖6B, 當脈衝信號Vin輸入環型振盪器模組41〇後,每隔一個基 本延遲時間’就會如步驟S631所述般,產生由振盪輸出 端(Q1〜Qn)所輸出之振盪信號所組成的振盪資料。當編碼 器42〇接收到此振盪資料後,就會如步驟S633所述,編 碼振盪資料來產生編碼資料。然後計數器430會接收環型 振盪器模組41〇所輸出的振盪信號。另外,計數器43()會 計數最後一個振盪號的個數,以產生計數資料,也就是 步驟S635。 就以上所述’本發明的特徵,是在—振盪信號的週期 內,再以一個延遲切換單元之延遲時間爲單位來加以細 分^並且將經過每一個延遲切換單元時間之所有輸出的振 盪fg號加以排序編碼。所以,當脈衝信號啓動環型振盪器 模組時’可由編碼器輸出得知輸入信號是在最後一個振盪 時脈中經歷幾個延遲切換單元時間後停止,再加上前面計 數器所計數最後一個振盪信號個數,即可得知輸入脈衝信 號之間隔時間。 爲使熟習此技藝者能夠更明瞭本發明,以下係以一個 5階的環型振盪器模組來做爲實例介紹。 圖7A係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種5階 環型振盪器模組之邏輯電路圖。請參照圖7A,一般來說, 環型振盪器模組的階數,係依據其具有的反及閘和反向器 的個數來決定。更確切地說,環型振盪器模組的階數是依 據其具有的振盪輸出端之個數來決定。在本實施例中,環 200539574 型振盪器模組之振盪輸出端的個數爲5 ’因此定義環型振 盪器模組710的階數爲5階。而爲使環型振盪器模組能夠 持續的振盪而產生振盪信號’因此其階數會是奇數階。也 就是說,除了反及閘之外’其餘反向器的個數會是偶數。 此外,編碼器730具有數個編碼輸入端(E0〜E4)和編 碼輸出端(D〇〜D3)。其中編碼輸入端(E0〜E4)係分別對應耦 接環型振盪器模組710的振盪輸出端。而編碼器730的編 碼輸出端(D0〜D3)之個數,可以依據下式來決定: = 1 + N^\ ^ 其中,D係表示編碼器730的編碼輸出端(D0〜D3)的個數, N代表環型振盪器模組710的階數,而「l〇g2#l則是將環型 振盪器模組710之階數取2的對數後,再取其無條件進位 的整數値。 圖7B係繪示圖7A中編碼輸入端所接收之振盪資料 時序圖。請合倂參照圖7B,其中所繪示的波形,係編碼 輸入端E1〜E4在不同時間下所產生的振盪信號波形。在起 始的狀態下,脈衝信號Viri還沒有被輸入,此時定義反及 閘701之輸入端K0的狀態爲0。依據反及閘的真値表(Truth Table)可以得知,只要反及閘701有一個輸入爲〇,則輸 出就爲1,因此反及閘701在起始狀態下,其輸出端所輸 出之振盪信號的狀態爲1,而其餘反向器705、707、709 和711之輸出端所輸出之振盪信號的狀態分別爲0101。假 設,在t=0的時候輸入脈衝信號Vin,此時例如開關電路 703的所有開關電路,會將反及閘701以及反向器705、 707、709和711的輸出藉由振盪輸出端而導通至編碼輸入 15 200539574 端(E0〜E4)。但是,因爲反及閘701係具有延遲時間,因 此在t=0的時候,編碼輸入端(E0〜E4)的狀態係維持在起始 狀態的波形,也就是10101。 假設在t=l時,脈衝信號Vin經過了反及閘701的延 遲時間,此時編碼輸入端E0的波形會如圖7B所示由1變 爲0。而因爲反向器705、707、709和711也具有延遲時 間,因此其餘的編碼輸入端E1〜E4所接收之振盪信號的狀 態還不會改變,所以這時候輸出端E1〜E4所接收之振盪信 號的狀態還是維持(J101。因此,脈衝信號Vin每經過一個 反及閘或是反向器,就會耗費一次延遲時間。換句話說, 脈衝信號Vin每經過一個反及閘或是反向器,其寬度値就 會如同減去一個延遲時間値。而當脈衝信號Vin的寬度變 爲0時,開關電路就會因爲脈衝信號Vin被禁能而呈現跳 脫狀態。假設,脈衝信號Vin在t=8時,其寬度變爲〇, 此時開關電路713就會呈現跳脫狀態,使得編碼輸入端 E0〜E4所接收之振盪信號的狀態爲10110。 圖7C係繪示編碼器730的編碼表。請合倂參照圖7C, 當編碼器730接收到從振盪輸出端信號所組成的振盪資料 後,會將其依照例如圖7C所繪示的編碼表進行編碼,以 由編碼輸出端(D0〜D3)輸出編碼資料。假設編碼輸入端 (E0〜E4)所接收的振盪資料爲10110,則依據圖7C的編碼 表,會編碼輸出端(D0〜D3)輸出二進位編碼資料1〇00。而 此編碼資料1000轉換成十進位表示,就會成爲編碼値8。 另外,在環型振盪器模組710產生振盪資料至編碼器 730,而編碼器73〇依據振盪資料而產生編碼資料的同時, 200539574
計數器750也在計數環型振盪器模組710之輸出時脈信號 CLK的個數,也就是計數反向器711所輸出之振盪信號的 個數。在本實施例中,計數器可以是由數個D型正反器所 組成的漣波計數器來實現;同時,可藉由外加串接更多的 D型正反器達到增加間隔時間量測範圍的用途。另外,計 數器750所計數的時脈信號之週期,可以依據反及閘701 和反向器705、707、709和711的延遲時間來設定。而當 輸入的脈衝信號Vin被致能(Enable)時,計數器750會開 始計數時脈信號CLp的個數,並且從其輸出端(D4〜Dn)輸 出一個計數値。當輸入脈衝信號被禁能(Disable)時,則計 數器的輸出端(D4〜Dn)會保持最後更新之計數値。 請繼續參照圖7A,更詳細地說明本實施例的操作方 法。當一開始使用本發明之環型振邊式之間隔時間量測電 路來測量脈衝信號Vin的間隔時間Tin時,首先輸入參考 脈衝信號,並且此參考脈衝信號之寬度所對應的間隔時間 Tin係已知。當輸入參考脈衝信號至本發明後,可以依據 下式來得到一個校正値α:
Tin = αχ / counter + \ encoder+ 1、 30 >
其中counter係代表計數値,而enc〇der則代表編碼値。而 因爲間隔時間Tin、計數値counter和編碼値enc〇der都爲 已知,因此就可以計算出校正値α。 接著,輸入一個待測脈衝信號至本發明,而此待測脈 衝信號之寬度所對應的間隔時間Tin爲未知。然後將已知 的校正値α、與量測得到之計數値counter和編碼値enc〇der 17 200539574 代進第(i)式’就可以得知此待測脈衝信號之寬度所對應的 間隔時間Tin。在本實施例中,以上計算間隔時間的方式, 可以由後級電路及軟體加以實現。 綜上所述,本發明至少包括以下優點: 1 ·本發明係利用後級電路及軟體來計算待測信號間隔 時間,因此本發明的硬體電路架構非常簡單。 2 ·本發明係利用環型振盪器模組的元件(反及閘及反向 器)延遲特性及振盪輸出時脈信號來計算待測信號間隔時 間。因此,只要改零元件製程參數來調整基本單元延遲時 籲 間及環型振盪器模組內反向器的數目和計數器之級數,即 可輕易調整電路之量測精度與範圍,但又不會使得硬體電 路架構設計增加複雜度。 3.本發明只要在第一次操作時,輸入一個參考脈衝信 號來得到校正値,以後只要依據此校正値就可以量測其餘 的待測脈衝信號。因此本發明可以利用簡單的校正程序, 來精確地量測間隔時間。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以 限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神 · 和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 【圖式簡單說明】 圖1係繪示習知的一種間隔時間量測電路。 圖2係繪示習知的另一種間隔時間量測電路。 圖3係繪示習知的另一種間隔時間量測電路。 圖4係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種環型振 18 200539574 盪式之間隔時間量測電路的架構方塊圖。 圖5A係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種環型 振盪器模組之內部邏輯電路圖。 圖5B係繪示依照本發明另一實施例的一種環型振盪 器模組之內部邏輯電路圖。 圖6A係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種間隔 時間之量測方法流程圖。 圖6B係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種產生 編碼資料和計數資料之步驟流程圖。 圖7A係繪示^照本發明之一較佳實施例的一種5階 環型振盪器模組之邏輯電路圖。 圖7B係繪示圖7A中編碼輸入端所接收之振盪資料 時序圖。 圖7C係繪示編碼器730的編碼表。 【圖式標示說明】 101、311 :延遲單元 201 :延遲縮減單元 103、420、730 :編碼器 203 :延遲鎖定迴路 301 :脈衝縮減延遲電路 303 :延遲電路 305、430、750 :計數器 410、710 :環型振盪器模組 501、503、505 :延遲切換單元 511、701 :反及閘 200539574 521、531、705、707、709、711 :反向器 510、703、713 :開關電路 515 :緩衝器 513 :雙端開關 517 : NMOS電晶體 S601、S603、S605、S607、S609、S611 :間隔時間之 量測方法的步驟流程 S631、S633、S635 :產生編碼資料和計數資料之步驟 流程 ^
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Claims (1)

  1. 200539574 拾、申請專利範圍: 1·一種環型振盪式之間隔時間量測電路,適用於測定 一脈衝信號之寬度所對應的間隔時間,包括: 一環型振盪器模組,用以接收該脈衝信號以啓動或關 閉產生多數個振盪信號,且該環型振盪器模組具有多數個 振盪輸出端’係分別對應輸出該些振盪信號; 一編碼器,具有多數個編碼輸入端,係分別對應耦接 該些振盪輸出端,用以接收該些振盪信號並進行編碼;以 及 春 一計數器’係接收該些時脈信號產生一計數値。 2·如專利申請範圍第1項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路’其中該環型振盪器模組包括奇數個延遲切換 單元,用以輸出該些振盪信號,其中第一個延遲切換單元 之輸入係接收該脈衝信號和最後一個延遲切換單元之輸 出’而除了最後一個延遲切換單元外,其餘遲切換單元之 輸出都親接至下一個延遲切換單元的輸入,且每一延遲切 換單元之輸出還分別耦接至對應之振盪輸出端,當該脈衝 信號每經過一延遲切換單元,就會被減去一基本延遲時 籲 間,直到該脈衝信號之寬度値成爲0。 3·如申請專利範圍第2項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路,其中最後一個延遲切換單元的輸出還耦接至 該計數器,使得該計數器依據依據最後一個延遲切換單元 所輸出之振盪信號來產生該計數値。 4.如申請專利範圍第2項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路,其中該些延遲切換單元中之第一個包括: 21 200539574 一*反及聞’具有兩個輸入端’其中一*個輸入端用以接 收該脈衝信號,而另一輸入端則接收最後一個延遲切換單 元之輸出;以及 一開關電路,係將該反及閘之輸出與其對應之振盪輸 出端彼此互相耦接,並依據該脈衝信號來決定是否導通該 反及閘之輸出與其對應之振盪輸出端。 5. 如申請專利範圍第4項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路,其中除了第一個延遲切換單元之外,其餘該 些延遲切換單元各_包括: 一反向器,其輸入端耦接至上一個延遲切換單元之輸 出;以及 一開關電路,用以將該反向器之輸出耦接至對應之振 盪輸出端,且依據該脈衝信號來決定是否導通該反向器之 輸出端和所對應之振盪輸出端。 6. 如申請專利範圍第5項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路,其中每一該些開關電路包括: 一雙端開關;以及 一緩衝器’ 其中該雙端開關之一端係耦接該反及閘和該些反向器 的輸出二者其中之一,而另一端則耦接該緩衝器,且該雙 端開關係依據該脈衝信號來決定導通與否。 7. 如申請專利範圍第5項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路,其中每一該些開關電路包括一開關電晶體’ 該開關電晶體其中一源/汲極端係耦接該反及閘和該些反 向器的輸出二者其中之一,而另一源/汲極端則耦接該些 22 200539574 振盪輸出端其中之一,且該開關電晶體之閘極端係接收該 脈衝信號。 8.如申請專利範圍第4項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路,其中該些開關電路之切換時間,需小於該反 及閘和該些反向器之信號傳遞延遲時間。 9·如申請專利範圍第2項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路,其中用以量測該脈衝信號之間隔時間的基本 時間單位’係依據該反及閘和該些反向器之信號傳遞延遲 時間來設定。 k 10·如申請專利範圍第1項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路,其中該編碼器更具有多數個編碼輸出端。 11·如申請專利範圍第ίο項所述之環型振盪式之間隔 時間量測電路,其中該些反向器和該反及閘的數目取2的 對數’然後取其無條件進位的整數値後再加上丨,即該些 編碼輸出端的數目。 12·如申請專利範圍第丨項所述之環型振盪式之間隔時 間量測電路,其中該計數器係以多數個D型正反器所組成 之一漣波計數器。 13·一種間隔時間之量測方法,包括下列步驟; 輸入一脈衝信號; 產生多數個振盪信號; 將該脈衝信號之寬度逐次減去一基本延遲時間値,直 至該脈衝信號之寬度等於〇 ; 依據該基本延遲時間値和該些振盪信號而產生一編碼 資料,以及依據該些振盪信號其中之一而產生一計數資 200539574 料;以及 當該脈衝信號之寬度等於0時,依據該計數資料和該 蝙碼資料來判斷該脈衝信號之寬度所對應之一間隔時間。 ,I4.如申請專利範圍第13項所述之間隔時間之量測方 ^,其中產生該編碼資料和該計數資料的步驟包括下列步 ^ : 每隔該基本延遲時間產生一振盪資料; 編碼該振盪資料以產生該編碼資料;以及 計數該些振盪號中之最後一個而產生該計數資料。 15·如申請專利範圍第14項所述之間隔時間之量測方 法’其中該振盪資料和該編碼資料係以二進位表示。 16·—種間隔時間之量測方法,包括下列步驟: 輸入一參考脈衝信號用以產生多數個振盪信號; 將該參考脈衝信號之寬度逐次減去一基本延遲時間 値’直至該參考脈衝信號之寬度等於〇 ; 依據該基本延遲時間和該些振盪信號而產生一編碼資 料,以及依據該些振盪信號其中之一而產生—計數資料; 當該參考脈衝信號之寬度等於0時,依據該參考脈衝 儈號之寬度所對應的間隔時間、該編碼資料和該計數資 料,來計算一校正値; ° / 輸入一待測脈衝信號; 該待測脈衝彳g號之寬度逐次減去該延遲時間値,直 _該待測脈衝信號之寬度等於〇 ;以及 、 當該待測脈衝信號之寬度等於〇時,依據該編碼資料、 咳計數資料和該校正値來計算該待測脈衝信號之寬度所對 24 200539574 應之一間隔時間。 17.如申請專利範圍第16項所述之間隔時間之量測方 法,其中產生該編碼資料和該計數資料的步驟還包括下列 步驟: 每隔該延遲時間產生一振盪資料; 編碼該振盪資料以產生該編碼資料;以及 計數該些振盪信號之最後一個而產生該計數資料。
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