TWI776406B

TWI776406B - 組配以提供量測結果值之量測單元

Info

Publication number: TWI776406B
Application number: TW110106764A
Authority: TW
Inventors: 安德烈斯比爾曼
Original assignee: 日商愛德萬測試股份有限公司
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2022-09-01
Also published as: US20220263517A1; TW202211633A; WO2021223871A1

Abstract

提供一種量測單元，其被組配用以基於一第一輸入信號及一第二輸入信號提供一量測結果值。該量測單元包含一轉換器單元及一處理單元。該轉換器單元被組配用以提供基於該第一輸入信號、或從該第一輸入信號及該第二輸入信號導出之第一數位、量化值。該轉換器單元更被組配用以提供基於該第二輸入信號、或從該第一輸入信號及該第二輸入信號導出之第二數位、量化值。該等第一值及該等第二值之量化間距大小係基於一或多個控制信號。該量測單元被組配用以在不同第一值之確定及/或該等不同第二值之一確定之間變更該轉換器單元之該一或多個控制信號，使得不同第一值及/或不同第二值係使用不同轉換器量化間距大小來提供。該處理單元被組配用以從一預定義數量之第一值及一預定義數量之第二值提供一量測結果值，使得該等轉換器量化間距大小對該等第一值及對該等第二值之影響抵消掉，至少部分抵消掉。

Description

組配以提供量測結果值之量測單元

本發明係有關於被組配用以提供量測結果值之量測單元。本發明係有關於包含諸如類比數位轉換器(ADC)或時間數位轉換器(TDC)單元等數位轉換器單元之量測單元。本發明係有關於提升時間數位轉換及/或類比數位轉換量測之解析度。

現代之類比數位轉換器(ADC)及/或時間數位轉換器(TDC)對於藉由量測結果之離散值所確定之數位輸出信號具有一固定解析度。在一些狀況中，此類轉換器ADC及/或TDC之解析度不足。

提高轉換器解析度之常見方法係過度取樣及顫動。

過度取樣意味著以一更高頻率取樣，然後以一數位低通濾波器對信號以整數倍降低取樣率。這種方法對於諸如直流階度之靜態信號失效，因為轉換器將一律量測相同值，以使得對於更大量之量測所進行之低通濾波仍將導致相同值。

在一些狀況中，兩個時脈都具有一恆定相移及頻率，因此具有一靜態(=「直流」)信號。這意味著對更多數量之量測結果進行簡單取平均不會增加量測解析度。

顫動使用與過度取樣相同之方法，但有人工雜訊加入所量測信號，以允許在低通濾波器中進行某取平均。其對於DC信號也奏效，但是必須仔細選擇雜訊信號及低通濾波截止頻率，以藉由濾波將雜訊信號完全消除。

對於時間數位轉換器，顫動方法難以實施，因為在時域中加入雜訊意味著加入抖動。抖動不容易以一受控制方式施加至一現有時脈。結果是，已丟棄此選項。

有需要改善一數位轉換量測之解析度。

在根據本發明之一態樣之一實施例中，提供一種量測單元(舉例而言，請參閱請求項1)，該量測單元被組配用以基於一第一輸入信號，諸如時脈1信號或一溫度相依電阻器之一電壓信號，以及一第二輸入信號，諸如時脈2信號或一參考電阻器之一電壓信號，提供一量測結果值，諸如

。該量測單元包含諸如TDC或ADC之一轉換器單元、以及一處理單元或一取平均單元。

該轉換器單元，諸如TDC、ADC，被組配用以提供基於該第一輸入信號、或從該第一輸入信號及該第二輸入信號導出之第一數位、量化值，諸如T_edge 、V_ref-R 。

該轉換器單元更被組配用以提供基於該第二輸入信號、或從該第一輸入信號及該第二輸入信號導出之第二數位、量化值，諸如T_period 、V_PTC 。

該等第一值及該等第二值之量化間距大小、或TDC延遲級延遲時間單位係基於一或多個控制信號，諸如ADC轉換器單元之延遲級供應電壓、或V_ref 。

該量測單元被組配用以在不同第一值之確定及/或該等不同第二值之一確定之間變更該轉換器單元之該一或多個控制信號，使得不同第一值及/或不同第二值係使用不同轉換器量化間距大小來提供。

該處理單元或該取平均單元被組配用以從一預定義數量之第一值及一預定義數量之第二值提供一量測結果值，使得該等轉換器量化間距大小對該等第一值及對該等第二值之影響抵消掉，至少部分抵消掉。

一第一輸入信號及一第二輸入信號係予以提供至一量測單元。該量測單元包含一轉換器單元及一處理單元。該第一輸入信號及該第二輸入信號係予以提供至該量測單元之該轉換器單元。

該轉換器單元被組配用以提供基於該第一輸入信號及/或該第二輸入信號、及/或從該第一輸入信號及該第二輸入信號導出之第一數位量化值及第二數位量化值。

該等第一值之量化間距大小及該等第二值之量化間距大小係基於一或多個控制信號。該轉換器單元之一或多個控制信號在不同第一值之一確定及/或不同第二值之一確定之間變更，從而導致不同第一值及/或不同第二值。換句話說，不同第一值及/或不同第二值係藉由使用該轉換器單元之不同控制信號來提供。

該等第一值及該等第二值係予以提供至該處理單元或取平均單元。該處理單元收集一預定義數量之第一值及一預定義數量之第二值。該處理單元從該預定義數量之第一值、及從該預定義數量之第二值提供一量測結果，使得該等量化間距大小對該等第一值及對該等第二值之一影響抵消掉。藉由該處理單元所提供之量測結果係該量測單元之量測結果。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項2)，一參考值係一恆定且已知第二輸入信號之一值，諸如該量測單元之一T_period 值、或一R_ref 值，並且該等第二值係藉由憑藉與量測該第一輸入信號所用相同之轉換器單元量測該第二輸入信號來確定。

一第二輸入信號可以是一已知及/或恆定輸入信號，諸如一參考信號或一參考值。一T_period 值或一R_ref 值可以是藉由與該第一輸入信號所用相同之轉換器單元所量測之一例示性參考值。

當藉由使用一除法操作將第一輸入信號與恆定參考第二輸入信號作比較時，使用恆定參考信號作為第二輸入信號會使該第一輸入信號中之變更更加可見。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項3)，量化間距大小係從控制信號之值計算出來，舉例而言，藉由將控制信號電壓位準除以量化間距總數來計算。

量化間距可藉由使控制信號之範圍對應於可能之量化間距大小之範圍、以及使控制信號值對應於量化間距大小值來定義。因此，允許藉由控制信號來控制量化間距大小。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項4)，該處理單元被組配用以使用一取平均，基於該等第一值及基於該等第二值來確定該量測結果值。

在從一預定義數量之第一值及一預定義數量之第二值提供一量測結果值之程序中使用一取平均，將值之數量從一預定義數量減少至一個量測結果值。換句話說，預定義數量之第一值及/或預定義數量之第二值舉例而言，可使用取平均來減少至一個單一值。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項5)，該處理單元被組配用以對該等第一值與該等第二值之商數值取平均，以便取得該量測結果值。

對第一值及第二值之商數值取平均會得出單一量測結果值，受到所有商數值影響。

根據一實施例(舉例而言，請參閱請求項6)，該處理單元被組配用以基於一以下方程式來計算該量測結果值：

在以上方程式中： result 代表該量測結果值， n 代表預定義量測數，

代表該預定義數量之第一值之第k個元素，

代表該預定義數量之第二值之第k個元素， k 代表一游動變量。

根據一實施例(舉例而言，請參閱請求項7)，該處理單元被組配用以計算該等第一值之一總和與該等第二值之一總和的一商數值、或該等第一值之一平均與該等第二值之一平均的一商數值，以便取得該量測結果值。

該等第一值之一總和與該等第二值之一總和的一商數值可藉由計算該等第一值之一平均與該等第二值之一平均的商數值來近似。

計算該等第一值之一平均與該等第二值之一平均的商數值係一近似解，其與計算該等商數之總和的解答有某偏差，在轉換器步階大小之分布不對稱時尤其如此。

然而，該近似足夠好或甚至更好，因為其不會蒙受將該等商數加總起來時出現之捨入誤差。商數係小數，在某一位數後捨入。將該等商數加總起來時，捨入誤差也加總起來。

計算該等第一值之一總和與該等第二值之一總和的一商數值比計算該等第一值與該等第二值之商數值之平均需要少很多之數學除法操作。數學除法操作之減少導致計算更快、及/或進行計算所需之處理能力降低。

雖然運算複雜度大幅降低，模擬仍顯示可實現與該等第一值及該等第二值之一平均商數值之運算準確度類似之一運算準確度。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項8)，該處理單元被組配用以基於一以下方程式來計算該量測結果值：

代表該預定義數量之第一值之第k個元素，

根據實施例(舉例而言，請參閱請求項9)，該一或多個控制信號係控制電壓信號及/或控制電流信號。

在一量測單元中使用控制電壓信號及/或控制電流信號作為控制信號導致可準確設定之一控制信號。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項10)，該一或多個控制信號包含一遞增及/或遞減斜坡信號或一鋸齒信號、及/或一週期性遞增及遞減三角信號、及/或諸如正弦波、及/或一隨機、及/或虛擬隨機信號等基於一數學函數之一信號、及/或儲存在一記憶體中之一任意波形。

根據一實際使用案例，數種不同類型之波形可用作為一控制信號。靈活施用波形導致適應不同之量測情況。

根據實施例(舉例而言，請參閱請求項11)，量測單元包含一控制信號產生器。

量測單元可從一外部來源接收控制信號，及/或具有其自有控制信號產生器。一控制信號產生器，例如一電壓產生器及/或一電流產生器，可藉由量測單元來控制，以便使量測條件適應於實際環境。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項12)，該量測單元包含一控制邏輯，該控制邏輯被組配用以控制及/或監視及/或監督該轉換器單元及/或該處理單元及/或該一或多個控制信號。

量測單元之控制邏輯可觸發控制信號產生器單元，用來為下一次量測設定一新控制電壓或一新控制電流位準。再者，控制邏輯觸發轉換器單元以進行一量測。此外，控制邏輯可觸發一量測單元以累積第一值與第二值並進行一取平均操作。換句話說，控制單元使信號產生器單元之、轉換器單元之及處理單元之操作對準或調和。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項13)，第一輸入信號及第二輸入信號在一預定義數量之量測上係靜態信號。

靜態及/或恆定輸入信號可用量測單元來量測。為了使量測屬於非靜態，如果可用，藉由控制邏輯將轉換器單元之控制信號在每次量測之間進行變更。處理單元累積藉由轉換器單元提供之第一值及第二值，並且進行取平均操作，其中變更量化間距大小之一影響抵消掉，至少部分抵消掉。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項14)，轉換器單元係一時間數位轉換器或一類比數位轉換器。

量測單元屬於通用單元，並且可包含不同類型之轉換器，例如一TDC或一ADC。可採用使得變更轉換器之控制信號或實際量化間距大小係藉由除法來抵消掉之一方式，在最終量測結果係兩個值之間的一商數之應用中使用量測單元。

根據實施例(舉例而言，請參閱請求項15)，轉換器單元係一TDC，其從第一輸入信號之一邊緣到第二輸入信號或第二時脈信號之一邊緣提供時間值，及/或第一輸入信號或第一時脈信號之一週期、或第二輸入信號或第二時脈信號之一週期的時間值。

量測單元之轉換器單元可以是以兩個時脈信號作為輸入信號之一TDC。TDC提供兩個輸出，從第一輸入信號或第一時脈信號之一邊緣到第二輸入信號或第二時脈信號之一邊緣提供一時間值，及/或提供第一輸入信號或第一時脈之一週期、或第二輸入信號或第二時脈信號之一週期的時間值。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項16)，第一輸入信號、或第一時脈信號之一週期之時間值、或第二輸入信號、或第二時脈之一週期之時間值的量化間距大小、以及在第一信號或第一時脈信號之邊緣與第二信號或第二時脈信號之邊緣之間的時間值之量化間距大小有不同。

即使僅該等量化間距大小有不同，該等量化間距大小之變化仍將導致第一輸入信號之一週期之一不同時間值、或第二輸入信號之一週期之時間值、以及第一信號之邊緣與第二信號之邊緣之間的時間值。使該等輸入信號保持相同及改變該等量化間距大小將導致不同之輸出值。

根據實施例(舉例而言，請參閱請求項17)，結果值係第一輸入信號與第二輸入信號之間的一相位偏差。

量測單元之一可能量測結果值係第一輸入信號與第二輸入信號之間的一相位偏差。相位偏差可藉由兩個時脈信號邊緣之時間偏差與一時脈週期之間的一商數來計算。藉助於除法，量化間距大小從計算抵消掉。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項18)，第一輸入信號係一時脈信號，及/或第二輸入信號係一時脈信號。

使用一TDC作為一轉換器單元，輸入必須是時間相關輸入。時脈信號係時間相關輸入，允許在一預定義誤差範圍內精確量測通過時間。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項19)，該第一輸入信號之頻率與該第二輸入信號之頻率相同或實質類似，或其中該第一輸入信號之頻率與該第二輸入信號之頻率之間的一比值等於介於一第一整數與一第二整數之間，小於20的一比值。

第一輸入信號之頻率與第二輸入信號之頻率之間的一簡單有理關係，諸如相同或類似，或該等頻率之一係另一者之一整數倍，導致一靜態相位偏差，或導致一靜態量測結果值。

可校正第一與第二輸入信號之頻率之間的關係，從而避免有關於幾乎恆定時移、或在第一與第二輸入信號之間有一線性關係之時移的附加數學誤差。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項20)，轉換器單元之一或多個控制信號變更時間單位。

變更時間單位導致諸如週期值及/或邊緣間時差等所量測時間值出現小變更。以稍微不同之時間單位進行數次量測導致所量測時間值稍微不同。對稍微不同之所量測時間值取平均將提供帶有一更好解析度之一時間輸出值。

根據一實施例(舉例而言，請參閱請求項21)，轉換器單元之一或多個控制信號改變或調整一或多個振盪器或RO之頻率，其當作一參考時間，定義時間性量化間距大小。舉例而言，轉換器單元之一電壓控制信號改變或調整一或多個電壓控制振盪器(VCO)之頻率。

量測單元之轉換器單元包含一振盪器或一RO。振盪器定義時間性量化間距大小或參考時間，其可藉由變更轉換器單元之控制信號來改變。在轉換器單元中具有一振盪器會更易於調整或改變參考時間或量化間距大小。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項22)，轉換器單元之一或多個控制信號改變或調整一振盪器或RO之一供應電壓或一供應電流，以便改變量化間距大小。

所量測信號係藉由變更量化間距大小來轉換成非靜態信號。量化間距大小係藉由振盪器或RO之供應電壓或一供應電流之控制信號之一變化來設定及/或改變。振盪器之供電係轉換器單元之控制信號。藉由改變轉換器之控制信號，即振盪器或RO之供應電壓或供應電流，量化間距大小將改變。

根據實施例(舉例而言，請參閱請求項23)，轉換器單元或轉換器單元之量化係基於延遲級。

級延遲可用於連續量測第一時脈信號之一邊緣到第二時脈信號之邊緣之間的時間、及/或量測時脈信號之完全時脈週期之時間。量測可同時進行，並且結果將以級延遲為單位。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項24)，轉換器單元之一或多個控制信號改變或調整一延遲級鏈或一延遲級環之延遲級之延遲值，以便改變量化間距大小。

量測單元之轉換器單元舉例而言，可包含帶有多於一個延遲級之一RO。改變轉換器單元之一或多個控制信號可調整一延遲級鏈或一延遲級環之一或多個延遲。一基於振盪器之轉換器單元之單次量測之解析度係由振盪器之級延遲所確定。振盪器級延遲可藉由改變振盪器延遲級之供應電壓或供應電流在小範圍內變更。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項25)，量化間距大小，例如級延遲值，改變至少5%、至少50%、至少100%或至少150%。

量化間距大小或級延遲值之變化可適應不同量測要求。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項26)，改變該等量化間距大小，使得回應於該量化間距大小之該變更，該數位化第一值及/或該數位化第二值為了一靜態第一信號及/或一靜態第二信號而變更。

即使第一輸入值及/或第二輸入值屬於靜態，量化間距大小之變化或變更仍導致數位化第一值及/或數位化第二值之一變化。基於不同量化間距大小對不同數位化第一值及/或數位化第二值進行一取平均操作導致量測結果值之解析度提升。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項27)，轉換器單元係一類比數位轉換器，提供來自一第一輸入信號之第一電壓或電流值、及來自一第二輸入信號之第二電壓或電流值。

量測單元係一通用量測單元，其可包含作為一轉換器單元之一類比數位轉換器。ADC提供來自一第一及/或第二輸入信號之第一數位及第二數位電壓及/或電流信號。存在要在量測單元中使用之多種現成ADC。

根據實施例(舉例而言，請參閱請求項28)，該第一電壓或電流值及/或該第二電壓或電流值之該量化間距大小有不同。

所量測信號係藉由修改量化間距大小來轉換成非靜態信號。變更量化間距大小會導致稍微不同之數位值。對稍微不同之數位值進行一取平均操作會提升所計算量測結果值之解析度。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項29)，結果值係一商數值。

使用一商數值作為一量測結果值具有抵消量化間距大小之效益。因此，一量化間距大小之選擇不影響量測結果值。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項30)，第一輸入信號係一電壓或一電流信號，及/或第二輸入信號係一電壓或一電流信號。

電壓或電流信號係用作為一第一及/或第二信號，導致精確量測。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項31)，轉換器單元之一或多個控制信號變更電壓或電流基準、或電壓或電流單位。

電壓或電流基準或電壓或電流單位取決於轉換器單元之控制信號。電壓或電流單位係藉由一除法操作來抵消掉。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項32)，轉換器單元之一或多個控制信號改變或調整一ADC之一供應電壓或一供應電流，以便改變量化間距大小。

調整一ADC之供應電壓或一供應電流，以便提供不同或稍微不同之量化間距大小，提供不同第一數位值及不同第二數位值。量化間距大小在一除法操作中抵消掉。

根據實施例(舉例而言，請參閱請求項33)，量化間距大小，例如電壓或電流步階，係改變至少5%、至少50%、至少100%或至少150%。

根據實際量測環境，量化間距大小之變化係適應性變化。

在一較佳實施例中(舉例而言，請參閱請求項34)，改變該等量化間距大小，使得回應於該量化間距大小之該變更，該等數位化第一電壓或電流值及/或該等數位化第二電壓或電流值為了一靜態第一信號及/或一靜態第二信號而變更。

即使第一信號及/或第二信號係靜態信號，量化間距大小之一變更仍導致數位化之第一電壓或電流值之一變更、及/或數位化第二電壓或電流值之一變更。藉由變更量化間距大小，輸入信號係轉換成非靜態信號。

本文中所述之特徵及/或功能及/或細節可予以單獨應用或組合取用。

不同發明性實施例及態樣將在下文中作說明。進一步實施例亦將藉由所附請求項來定義。

應知，如請求項所定義之任何實施例均可藉由本文中所述之任何細節、特徵及/或功能來補充。再者，本文中所述之實施例可予以個別使用，而且還可任選地藉由請求項中所包括之任何細節及/或特徵及/或功能來補充。

同樣地，應知，本文中所述之個別態樣可予以個別或組合使用。因此，可將細節新增至該等個別態樣中之各者，不用將細節新增至該等態樣中之另一者。

應知，本揭露明確地或隱含地說明帶有一轉換器單元及一處理單元之一量測單元中可用之特徵。因此，本文中所述之任何特徵可在帶有一轉換器單元及一處理單元之一量測單元的背景下使用。

經由下文提供的詳細說明且經由本發明之實施例的附圖將會更完整理解本發明，然而，詳細說明與附圖不應該拿來將本發明限制於所述特定實施例，而應該只是用於解釋與理解。根據圖1之實施例

圖1展示一量測單元100的一示意方塊圖，其包含一轉換器單元110及一處理單元120。量測單元100具有兩個輸入信號，即第一輸入信號130及第二輸入信號140，並且提供一個輸出，即一量測結果值170。

第一輸入信號130及第二輸入信號140係予以提供至轉換器單元110。

轉換器單元110向處理單元120提供第一數位值150及第二數位值160。

處理單元120收集一預定義數量之第一數位值150及一預定義數量之第二數位值160，並且提供一量測結果值170作為量測單元100之輸出。

轉換器單元110被組配用以提供基於第一輸入信號130、或從第一輸入信號130及第二輸入信號140導出之第一數位值150。再者，轉換器單元110被組配用以提供基於第二輸入信號140、或從第一輸入信號130及第二輸入信號140導出之第二數位值160。

第一數位值150及第二數位值160係數位值，其中量化間距大小係基於轉換器單元110之一或多個控制信號180。

量測單元被組配用以在不同第一值150之一確定及/或不同第二值160之一確定之間變更轉換器單元110之一或多個控制信號180，使得不同第一值150及/或不同第二值160係以一或多個控制信號180為基礎，使用不同量化間距大小來提供。

處理單元120被組配用以累積一預定義數量之第一值150及一預定義數量之第二值160，並且用以從該預定義數量之第一值150及該預定義數量之第二值160提供量測結果值170，其中量化間距大小對第一值150及對第二值160之一影響抵消掉，至少部分抵消掉。

處理單元120被組配用以對第一數位值150及對第二數位值160進行除法及取平均操作、或取平均及除法操作。在除法操作之結果中，不同量化間距大小從計算抵消掉。

對預定義數量之第一值150及第二值160、或對這些值之一除法進行取平均操作會導致提升量測結果值170之解析度。

換句話說，該想法是用來將所量測信號130、140轉成非靜態信號，但不藉由修改信號本身，而是藉由變更量化間距大小。為了使量測屬於非靜態，控制信號180在量測之間變更，以另一控制信號180或量化間距大小進行各單次量測。

舉例而言，使用一TDC作為一轉換器單元，請求的是兩時脈信號之相位偏差φ，而不是絕對時間值。最終量測結果係計算為兩時脈邊緣之時間偏差

與時脈週期

之間的商數：

量化間距大小不影響最終之量測結果，因為持續時間之除法抵消掉量化間距大小。除法係用在一高量測數n，並且導致易於改善之一非靜態量測。解析度係藉由對一高量測數進行一簡單取平均來提升：

一特定應用積體電路(ASIC)中之一最終實作態樣可使用一些最佳化來節省計算工作量。轉換器單元，諸如TDC，遞送一系列量測n或量測對，諸如一系列第一數位化值150及第二數位化值160，舉例而言，含有兩時脈之邊緣之間的時差

、以及時脈週期

。各量測之結果係兩值之商數(為了簡便起見，扣除因子

)：

對n次量測取平均會得出以下方程式：

此計算之複雜度係n + 1個除法及n個加法器。

由於商數r(k)非為一整數值，因此必須使用定點計算。使用定點計算會降低計算之準確度，因為各除法之結果位數有限。在各量測步驟之後截去計算結果之最低有效部分。除此之外，除法本身還是一種應該避免之耗資源操作。

一簡化可藉由分別計算所有第一數位值及所有第二數位值之平均來使用，然後計算最終結果作為兩取平均結果之商數。

n個量測對之計算複雜度在於除法及2∙n個加法器，比第一、初始方法複雜度更低。

可證明以上方程式對於靜態使用案例有效，其中：

量測單元具有通用性，並且可與一TDC及/或一ADC配合使用，也可與其他轉換器配合使用。

在帶有已調變延遲級供應電壓之一基於延遲級之TDC中，最終量測結果係以透過除法抵消掉實際級延遲之一方式，藉由TDC所量測之兩個時間值之間的一商數。

舉例而言，另一潛在應用係帶有一已調變控制電壓V_ref 之一ADC，其中最終量測結果係以透過除法抵消掉實際量化間距大小之一方式，在兩次量測中藉由ADC所量測之一商數。

舉例而言，憑藉一溫度相依電阻器之溫度量測通常將溫度相依電阻值與一參考電阻器作比較。在此應用中，一ADC量測PDC電阻器上之電壓及參考電阻器上之電壓。兩次量測之間的商數係最終量測結果。溫度量測通常屬於準靜態，因為溫度變更非常緩慢。為了提升準確度或解析度，可憑藉ADC之一不同控制電壓多次進行量測。接著會將最終結果運算為所有量測之平均。根據圖2之實施例

圖2展示一擴充量測單元200，類似於圖1之量測單元100。量測單元200包含諸如一時間數位轉換器(TDC)之一轉換器單元210、諸如一取平均單元之一處理單元220、諸如一電壓產生器之一控制信號產生器280、以及一控制邏輯290。向量測單元200提供兩個輸入，即一第一輸入信號230，諸如一第一時脈信號，以及一第二輸入信號240，諸如一第二時脈信號。量測單元200輸出一量測結果值270。

第一時脈信號230及第二時脈信號240係予以提供至轉換器單元210。

轉換器單元210係耦合至一控制信號產生器280、耦合至一控制邏輯290、以及向處理單元220提供第一數位值250及第二數位值260。

處理單元220從轉換器單元210接收第一數位值250及第二數位值260，並且輸出一量測結果值270，其係量測單元200之輸出值。處理單元220係進一步耦合至控制邏輯290。

控制信號產生器280可以是一電流產生器，係耦合至轉換器單元210。

控制邏輯290係耦合至控制信號產生器280、轉換器單元210及處理單元220。

轉換器單元210被組配用以自第一輸入信號230之一邊緣至第二輸入信號240之一邊緣提供一時間值250，並且提供第一輸入信號230之一週期或第二輸入信號240之一週期的一第二時間值260。第一時間值250及第二時間值260係數位值，其中量化間距大小取決於或基於一或多個控制信號285。

處理單元220、或平均單元被組配用以從一預定義數量之第一數位值250及一預定義數量之第二數位值260提供量測結果值270。處理單元220累積一預定義數量之第一數位值250及一預定義數量之第二數位值260，並且進行一除法操作及一取平均操作。

控制信號產生器280可以是一電流或電壓產生器，向轉換器單元210提供一控制信號285，以便控制第一值250及第二值260之量化間距大小。

轉換器單元210之延遲級之已調變控制信號285舉例而言，可以是以下信號之一： l 一斜坡信號，在n次量測期間內，量測與量測之間以一小步階遞增及/或遞減控制信號，如控制電壓位準，及/或 l 一三角信號或一鋸齒信號，在整個n次量測期間內，週期性地上下遞增及/或遞減控制信號，如控制電壓，及/或 l 基於一數學函數，諸如一正弦波，產生之一信號，及/或 l 一隨機及/或虛擬隨機信號，其在各量測步驟設定延遲級控制信號，如控制電壓，之一新隨機值，及/或 l 一任意波形或預先記錄波形，其係儲存在一記憶體中，用於調變延遲級控制信號，如控制電壓。

控制邏輯290係耦合至控制信號產生器單元280、耦合至轉換器單元210、以及耦合至處理單元220。控制邏輯290被組配用以進行數種操作。控制邏輯被組配用以觸發控制信號產生器單元280，用以為下一次或後面幾次量測設定一新控制信號285。控制單元被組配用以觸發一轉換器單元以進行一量測。控制單元被組配用以觸發處理220以累積藉由轉換器單元210量測之第一數位值250及第二數位值260。控制單元290可重複控制信號產生器280之電壓/電流值之設定、藉由轉換器單元完成之量測觸發、以及取平均或處理單元220之觸發值累積，直到一所欲數量之量測可用於一取平均或處理單元220為止。當量測值之數量等於或高於一預定義數量時，控制邏輯觸發處理單元220以從累積之量測運算結果。

換句話說，可在一ASIC中施用一量測單元。所論轉換器可以是將兩個靜態時脈信號之邊緣之間的時間轉換成一數位值之一TDC。TDC可基於一環式振盪器(RO)。TDC連續地或準連續地量測第一時脈信號之一邊緣到第二時脈信號之邊緣之間的時間。同時，TDC還量測時脈信號之整個時脈週期之時間。兩量測可同時進行，結果以RO級延遲值為單位。

量測結果值係兩時脈信號之相位偏差，並非絕對時間值。最終量測結果值係予以計算為時脈邊緣之時間偏差與時脈週期之間的商數值：

兩值都是以RO級延遲為單位來量測。因此，將兩值相除會將RO級延遲值從計算抵消。這會造成TDC自校準，因為量測結果非取決於RO級延遲。

一基於RO之TDC之單次量測之解析度係由單一RO反相器之級延遲確定。在一些狀況中，RO反相器延遲可約為4 ps，這可以是RO量測解析度。與此相反，在一些狀況中，邊緣延遲量測及時脈週期量測所需之解析度小於1 ps。

RO級延遲可藉由改變RO之反相器級之供應電壓在小範圍內變更。為了使量測屬於非靜態，不同量測之RO供應電壓會變更。各單次量測均以另一RO級延遲進行。由於自校準TDC的關係，RO級延遲不影響最終之量測結果。

100,200:量測單元 110,210:轉換器單元 120,220:處理單元 130,230:第一輸入信號 140,240:第二輸入信號 150,250:第一數位值 160,260:第二數位值 170,270:量測結果值 180,285:控制信號 280:控制信號產生器 290:控制邏輯

在下文中，本揭露之實施例係參照圖式予以更詳細地說明，其中：圖1展示一示意性量測單元，其包含一轉換器單元及一處理單元；以及圖2展示一示意性量測單元，其包含一轉換器單元、一處理單元、一控制信號產生器及一控制邏輯。

200:量測單元

210:轉換器單元

220:處理單元

230:第一輸入信號

240:第二輸入信號

250:第一數位值

260:第二數位值

270:量測結果值

280:控制信號產生器

285:控制信號

290:控制邏輯

Claims

一種量測單元，其被組配用以基於一第一輸入信號及一第二輸入信號提供一量測結果值，該量測單元包含一轉換器單元，其被組配用以提供基於該第一輸入信號、或從該第一輸入信號及該第二輸入信號導出之第一值，以及用以提供基於該第二輸入信號、或從該第一輸入信號及該第二輸入信號導出之第二值，其中該第一值及該第二值之量化間距大小係基於該轉換器單元之一或多個控制信號，其中該量測單元被組配用以在不同第一值之一確定及/或不同第二值之一確定之間變更該轉換器單元之該一或多個控制信號，使得不同第一值及/或不同第二值係使用不同轉換器量化間距大小來提供；以及一處理單元，其被組配用以從一預定義數量之第一值及一預定義數量之第二值提供該量測結果值，使得該等轉換器量化間距大小對該等第一值及對該等第二值之影響至少部分地抵消掉。
如請求項1之量測單元，其中一參考值係該量測單元之一恆定且已知第二輸入信號之一值，並且該等第二值係藉由憑藉與量測該第一輸入信號所用相同之轉換器量測該第二輸入信號來確定。
如請求項1或2之量測單元，其中該量化間距大小係從該控制信號之該值所計算出。
如請求項1或2之量測單元，其中該處理單元被組配用以使用一取平均，而基於該等第一值及基於該等第二值來確定該量測結果值。
如請求項1或2之量測單元，其中該處理單元被組配用以對該等第一值與該等第二值之商數值取平均，以便取得該量測結果值。
如請求項1或2之量測單元，其中該處理單元被組配用以基於一以下方程式來計算該量測結果值：
其中：result 代表該量測結果值，n 代表預定義量測數，val ₁(k) 代表該預定義數量之第一值之第k個元素，val ₂(k) 代表該預定義數量之第二值之第k個元素，k 代表一游動變量。
如請求項1或2之量測單元，其中該處理單元被組配用以計算該等第一值之一總和與該等第二值之一總和的一商數值、或該等第一值之一平均與該等第二值之一平均的一商數值，以便取得該量測結果值。
如請求項1或2之量測單元，其中該處理單元被組配用以基於一以下方程式來計算該量測結果值：
其中：result 代表該量測結果值， n 代表預定義量測數，val ₁(k) 代表該預定義數量之第一值之第k個元素，val ₂(k) 代表該預定義數量之第二值之第k個元素，k 代表一游動變量。
如請求項1或2之量測單元，其中該一或多個控制信號係控制電壓信號及/或控制電流信號。
如請求項1或2之量測單元，其中該一或多個控制信號包含一遞增及/或遞減斜坡信號，及/或一週期性遞增及遞減三角信號，及/或基於一數學函數之一信號及/或一隨機及/或虛擬隨機信號及/或儲存在一記憶體中之一任意波形。
如請求項1或2之量測單元，其中該量測單元包含一控制信號產生器。
如請求項1或2之量測單元，其中該量測單元包含一控制邏輯，該控制邏輯被組配用以控制及/或監視及/或監督該轉換器單元及/或該處理單元及/或該一或多個控制信號。
如請求項1或2之量測單元，其中該第一輸入信號及該第二輸入信號在一預定義數量之量測內係靜態的。
如請求項1或2之量測單元，其中該轉換器單元係一時間數位轉換器或一類比數位轉換器。
如請求項1或2之量測單元，其中該轉換器單元係一時間數位轉換器，其提供從該第一輸入信號之一邊緣到該第二輸入信號之一邊緣的時間值，及/或該第一輸入信號之一週期或該第二輸入信號之一週期的時間值。
如請求項15之量測單元，其中該第一輸入信號或該第二輸入信號之一週期之時間值，以及該第一輸入信號之該邊緣及該第二輸入信號之該邊緣之間的該時間值兩者之量化間距大小不同。
如請求項15之量測單元，其中該結果值係該第一輸入信號與該第二輸入信號之間的一相位偏差。
如請求項15之量測單元，其中該第一輸入信號係一時脈信號，及/或該第二輸入信號係一時脈信號。
如請求項15之量測單元，其中該第一輸入信號之頻率與該第二輸入信號之頻率相同或實質上類似，或其中該第一輸入信號之頻率與該第二輸入信號之頻率之間的一比值等於介於一第一整數與一第二整數之間、小於20的一比值。
如請求項15之量測單元，其中該轉換器單元之該一或多個控制信號變更時間單位。
如請求項15之量測單元，其中該轉換器單元之該一或多個控制信號改變作為一參考時間的一或多個振盪器之頻率。
如請求項15之量測單元，其中該轉換器單元之該一或多個控制信號改變一振盪器之一供應電壓或一供應電流，以便改變該等量化間距大小。
如請求項15之量測單元，其中該轉換器單元係基於延遲級。
如請求項23之量測單元，其中該轉換器單元之該一或多個控制信號改變一延遲級鏈或一延遲級環之延遲級之一延遲，以便改變該量化間距大小。
如請求項15之量測單元，其中該等量化間距大小係改變至少5%、至少50%、至少100%或至少150%。
如請求項15之量測單元，其中改變該等量化間距大小，使得回應於該量化間距大小之該變更，該數位化第一值及/或該數位化第二值為了一靜態第一信號及/或一靜態第二信號而變更。
如請求項1或2之量測單元，其中該轉換器單元係一類比數位轉換器，其提供來自一第一輸入信號之第一電壓或電流值，以及來自一第二輸入信號之第二電壓或電流值。
如請求項27之量測單元，其中該第一電壓或電流值及/或該第二電壓或電流值之該量化間距大小不同。
如請求項27之量測單元，其中該結果值係一商數值。
如請求項27之量測單元，其中該第一輸入信號係一電壓或一電流信號，及/或該第二輸入信號係一電壓或一電流信號。
如請求項27之量測單元，其中該轉換器單元之該一或多個控制信號變更電壓或電流基準。
如請求項27之量測單元，其中該轉換器單元之該一或多個控制信號改變一類比數位轉換器之一供應電壓或一供應電流，以便改變該等量化間距大小。
如請求項27之量測單元，其中該等量化間距大小係改變至少5%、至少50%、至少100%或至少150%。
如請求項27之量測單元，其中改變該等量化間距大小，使得回應於該量化間距大小之該變更，該等數位化第一電壓或電流值及/或該等數位化第二電壓或電流值為了一靜態第一信號及/或一靜態第二信號而變更。