WO2015174613A1 - Time register, time calculation device using same, time calculation method, time-digital conversion device, and time-digital conversion method - Google Patents

Time register, time calculation device using same, time calculation method, time-digital conversion device, and time-digital conversion method Download PDF

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WO2015174613A1
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time
signal
output
delay gate
gate circuit
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PCT/KR2015/001185
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조성환
김광석
유원식
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한국과학기술원
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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04FTIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F10/00Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
    • G04F10/04Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means by counting pulses or half-cycles of an ac
    • GPHYSICS
    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07CTIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C1/00Registering, indicating or recording the time of events or elapsed time, e.g. time-recorders for work people

Definitions

  • the present invention relates to a time computing device, and more particularly, to a time computing device, a time computing method, a time-to-digital conversion device and a time-to-digital conversion method that can perform a time operation using a time register. It is about.
  • Time-based signal processing is a technique that processes a signal by converting an input signal into 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. Accordingly, there is a need for a study on performance improvement for time calculation, as well as a study on a circuit operating on a time basis, for subtracting or adding a clock synchronized pulse time.
  • the present invention is to solve the above-described problems, it is easy to add or subtract time information using a time register (Time Register), time register and time computing device using the same to improve the time resolution and processing speed, It is an object of the present invention to provide a time calculation method, a time-digital conversion device and a time-digital conversion method.
  • Time-to-digital converter for solving the above problems is a pulse generator for generating an input pulse signal; And a pipe stage unit configured to receive the input pulse signal and perform a time delay operation for each stage according to a pipeline, wherein the pipe stage unit includes a plurality of stage circuits, and the stage circuits accumulate time information. And a time register using a delay gate circuit.
  • a method of converting a time-digital signal into an input pulse signal Storing first time information on a serial delay gate cycle of a 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.
  • Time register for solving the above problems is an IN signal input unit for 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 unit receiving the enable signal and propagating the SET signal.
  • a time adder sequentially receives a first pulse signal having a first time interval Ta and a second pulse signal having a second time interval Tb.
  • a first series delay gate circuit unit accumulating time information of the first pulse signal and the second pulse signal sequentially input, and at the first limit time at which the limit signal is output from the first series delay gate circuit unit.
  • a first time register configured to output a first output signal obtained by subtracting the accumulated time of the first time interval Ta and the second time interval Tb; And a second series delay gate circuit unit, having a time interval of Ta + Tb accumulated in time information of the first output signal and subtracted from a second limit time at which a limit signal is output from the second series delay gate circuit unit. And a second time register for outputting two output signals.
  • a time subtractor for solving the above problems, the first input unit for receiving a first pulse signal having a first time interval Ta; A first series delay gate circuit unit, and accumulating time information Ta of the first pulse signal and subtracting the accumulated Ta time from a first limit time at which the limit signal of the first series delay gate circuit unit is output; A first time register for outputting an output signal; A second input unit sequentially receiving a second pulse signal having a second time interval Tb and the first output signal; And a second series delay gate circuit portion, wherein Ta is accumulated in time information of the first output signal and the second pulse signal and subtracted from a second limit time at which a limit signal of the second series delay gate circuit portion is output. And a second time register for outputting a second output signal having a time interval of Tb.
  • time register capable of clock synchronous storage, addition or subtraction of time information.
  • the present invention provides a time register that can improve the time resolution and processing speed by using a serial delay gate circuit in the time register implementation, time-digital conversion device, time-digital conversion using the same A method, a time calculating device, and a time calculating method can be provided. Accordingly, the design of the time-digital conversion device, the time-digital conversion method, the time calculation device, and the time calculation method is facilitated.
  • time register is not only various time-to-digital converters, but also circuits such as an All Digital Phase Locked Loop (ADPLL) circuit or a Digital Phase Locked Loop. Applicable to
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a time register according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an implementation circuit and an input / output timing diagram of a time register according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating input and output timing of the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates the configuration and input / output configuration of the subtractor 200 and the adder 300 using the time register 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 illustrates a series gate cell according to an embodiment of the present invention.
  • 6 and 7 illustrate comparison result data when the tilted delay gate cell 151B is applied to the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram and a circuit diagram of the stage circuit 420 constituting the pipe stage unit 420A according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 illustrates a detailed configuration of the line-delay time-digital converter 430 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a transfer curve curve of the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 and 14 illustrate flowcharts and circuit operations for explaining a time-to-digital conversion method for each stage of the time-to-digital converter 400 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 15 is a timing diagram illustrating the overall operation of the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a diagram for describing an example in which the time-to-digital converter 400 is implemented as a chip according to an exemplary embodiment.
  • 17 to 21 are experimental result data of the time-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
  • components expressed as means for performing the functions described in the detailed description include all types of software including, for example, a combination of circuit elements or firmware / microcode, etc. that perform the functions. It is intended to include all methods of performing a function which are combined with appropriate circuitry for executing the software to perform the function.
  • the invention, as defined by these claims, is equivalent to what is understood from this specification, as any means capable of providing such functionality, as the functionality provided by the various enumerated means are combined, and in any manner required by the claims. It should be understood that.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a time register according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an implementation circuit and an input / output timing diagram of a time register according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the time register 100 includes an IN signal input unit 110, a trigger signal input unit 120, a SET signal input unit 130, and an An EN signal generator 140 and a series delay gate circuit 150.
  • the time register 100 includes a series delay gate circuit 150, and the series delay gate circuit 150 includes a plurality of delay gate cells or delays connected in series. And gated delay line circuits. Each delay gate cell connected in series may serve to accumulate time information according to an enable (EN) signal input. According to the enable (EN) signal input to the delay gate cells, the stepwise transfer of the SET signal input to the SET signal input unit 130 may be controlled.
  • EN enable
  • the IN signal input unit 110 receives an input pulse of the time register 100 and transmits the input pulse to the enable signal generator.
  • the IN signal input unit may receive an input pulse having an input time T_IN from the outside in response to the time information to be stored in the time register.
  • the in signal input unit 110 may add a predetermined offset time to the input signal T_IN in order to prepare for the case where a narrow time pulse is input. .
  • the trigger signal input unit 120 receives the trigger pulse and delivers the trigger pulse to the enable (EN) signal generator.
  • the trigger signal may include a clock signal, for example.
  • the trigger signal input to the trigger signal input unit 120 may be a pulse signal having a predetermined length and may correspond to a clock signal for storing time information of the time register 100.
  • the enable signal generator 140 generates an enable signal according to the trigger pulse and the in signal, and applies the enabled signal to the series delay gate circuit 150.
  • a SET signal for driving the time register may be input, and the SET signal may be applied as an input signal of the serial delay gate circuit 150.
  • the driving of the time register 100 may be started according to the SET signal input.
  • the IN signal is HIGH and the SET signal is HIGH, the SET signal is applied to the series delay gate circuit 150 to propagate through each delay gate circuit. PROPAGATION).
  • the IN signal is turned low, propagation of the SET signal may be stopped.
  • the trigger signal is input again while the IN signal is LOW, the propagation of the SET signal may be resumed.
  • the propagation of the SET signal may be terminated by outputting the limit signal FULL SIGNAL from the serial delay gate circuit 150.
  • the limit signal is output, the SET signal is changed to LOW and the time register 100 may be initialized.
  • the series delay gate circuit 150 may be configured as a circuit in which a plurality of delay gates are connected in series as shown in FIG. 2A.
  • the series delay gate circuit 150 As an enable (EN) signal is applied to the delay gates, the series delay gate circuit 150 accumulates time information by sequentially operating the plurality of delay gate cells, and limits the time information when the accumulated time information reaches a limit value. Signals (FULL SIGNAL, FS) can be output.
  • the series delay gate circuit 150 may use a phase delay.
  • FIG. 2B in each delay gate cell (or delay gate line), an input pulse is generated according to an enable signal generated by a trigger signal and an IN signal. It can be seen that the phase (pulse) increases constantly in response to the time interval of.
  • T_FS time at which the limit signal of the series delay gate circuit 150 is output due to the accumulation of input pulses
  • ⁇ _Q the phase delayed by each delay gate cell
  • T_FS N * ⁇ _Q until the limit signal is output.
  • the phase of the series delay gate circuit 150 may be maintained at 2 ⁇ _Q until the phase is increased again by the trigger signal.
  • T_FS may be a predetermined time according to the characteristics and the number of delay gate cells. In this case, by simply increasing the number of delay gate cells, the time limit accumulated in the series delay gate circuit 150 may be easily increased.
  • the output unit 160 may output the output T_OUT of the time register 100 configured as described above.
  • the output unit 160 may acquire and output time information stored in the time register 100 by calculating T_OUT as described above.
  • the output unit 160 may be configured to output T_IN itself by continuously inputting T_OUT to the time register 100 again.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating input and output timing of the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • an output time of the time register 100 is input.
  • the information T_OUT may be calculated by T_FS-T_IN.
  • the time register 100 may maintain time information as long as T_IN time until the trigger signal of the next clock is received.
  • the time register 100 may delay the time only from the accumulated time T_IN to the limit time T_FS and output the limit signal FS. Therefore, the time information stored in the time register 100 may be output as a value obtained by subtracting T_IN from T_FS.
  • the adder 200 or the subtractor 300 using the time register 100 may be implemented.
  • FIG. 4 illustrates a configuration of an adder 200 and a subtractor 300 and an input / output configuration using the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the adder 200 includes an input unit 210, a first time register 100A, a second time register 100B, and an output unit 220. .
  • 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 transmit the same to the first time register 100A.
  • the first time register 100A accumulates time information of the first pulse signal and the second pulse signal sequentially input, and subtracts the accumulated time of Ta and Tb from the limit time T_FS at which the limit signal is output.
  • the first output signal T_FS-(Ta + Tb) is output and transferred to the second time register 100B.
  • the second time register 100B accumulates the time information of the transmitted first output signal, and outputs the second output signal T_FS-(T_FS-(Ta + Tb)) subtracted from the limit time. )
  • a second output signal having a Ta + Tb time interval to which the first time interval Ta of the first pulse signal sequentially input and the second time interval Tb of the second pulse signal are added may be output to the outside. Therefore, the adder 200 according to an exemplary embodiment of the present invention may be implemented by cascading the first time register 100A and the second time register 100B dependently.
  • the subtractor 300 when the subtractor 300 is described, the subtractor 300 according to the embodiment of the present invention includes a first input unit 310, a first time register 100C, a second input unit 320, and a second time register 100D. ) And an output unit 330.
  • the first input unit 310 may receive the first pulse signal having the first time interval Ta and transmit it to the first time register 100C.
  • the first time register 100A accumulates the input first pulse signal time information Ta, and calculates the first output signal T_FS-Ta obtained by subtracting the accumulated time Ta from the limit time T_FS at which the limit signal is output. The output is transmitted to the second input unit 320.
  • the second input unit 320 sequentially receives the second pulse signal having the second time interval Tb and the first output signal, and transfers the second output signal to the second time register 100B.
  • the second input unit 320 may include at least one logic gate.
  • the second time register 100B accumulates the time information of the transmitted first output signal and the second pulse signal, and subtracts the second output signal T_FS-(T_FS-Ta) + Tb)) Output to the output.
  • a second output signal having a Ta ⁇ Tb time interval obtained by subtracting the first time interval Ta of the first pulse signal sequentially input and the second time interval Tb of the second pulse signal may be output to the outside. Therefore, the adder 200 according to an exemplary embodiment of the present invention may be implemented by cascading the first time register 100A and the second time register 100B dependently.
  • the time register 100 may be easily implemented in the form of the adder 200 and the subtractor 300 by the characteristic thereof, and may easily store time information and synchronize clocks. do.
  • FIG 5 illustrates a direct gate cell according to an embodiment of the present invention.
  • the series delay gate circuit 150 of the time register 100 may be composed of delay gate cells connected in series, as shown in Figure 5 (a) a general delay gate cell 151A It can be implemented in the form of.
  • an error may occur due to a gating imbalance.
  • a phase error may occur when propagation of a SET signal is not properly performed in a period where time information is maintained.
  • the delay gate cell is implemented in the form of a skewed gated delay cell (151B) for preventing an error as shown in FIG. Can be.
  • the tilted delay gate cell 151B uses a plurality of input units (IN [n-5], IN [n-3], IN [n-1], etc.) to which the SET signal is input to propagate the SET signal.
  • the control unit may include an output unit configured to transfer a plurality of input SET signals through a plurality of paths and to output the next delay gate cell 151B. According to such a configuration, it is possible to reduce time error of the input / output signal.
  • 6 and 7 illustrate comparison result data when the tilted delay gate cell 151B is applied to the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing an error time versus an input time, and the maximum error time difference in the case of applying a tilted delay gate cell 151B for transmitting a signal through multiple paths (B) is a general delay gate. It can be seen that the cell 151A is much smaller than the case (A).
  • Figure 7 is a Monte Carlo simulation results according to various environmental conditions
  • the time error of the time register 100 according to an embodiment of the present invention is a change in all environmental conditions (voltage 1,2V + -0.05V, temperature 0 ⁇ 80 degrees, etc.), it can be seen that it is only within about 0.5 picoseconds (ps).
  • TDC time-to-digital converter
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
  • the time-to-digital converter 400 may include a pulse generator 410, a pipe stage unit 420A, a line delay time-digital converter 430, and a digital error report. Government 440.
  • the pulse generator 410 receives a start signal and a stop signal, generates a pulse signal Tin according to the time difference, and transmits the generated pulse signal Tin to the pipe stage unit 420A.
  • the pulse generator 410 may apply an operation clock signal for driving the time-to-digital converter 400 to each component.
  • the pulse generator 410 may add an offset time to the time difference between the start signal and the stop signal and transmit the offset time to the pipe stage unit 420A.
  • the start signal applied to the pulse generator 410 may be periodically applied from an external system, and the pulse generator 410 extracts the operation clock signal into an external clock from the periodically applied start signal, and the external clock thereof. Can be transmitted as a clock signal of each component.
  • the pulse generator 410 may generate and apply an operation clock signal to each component.
  • the time delay operation for each stage performed in each pipe may be performed by a plurality of stage circuits 420 included in the pipe stage unit 420.
  • the conversion speed may be improved according to the pipeline operation performed on each pipe. A detailed circuit configuration for this purpose will be described later with reference to FIG. 9.
  • the time information output from the pipe stage unit 420A may be transmitted to the digital error correction unit 440 and the line delay time-digital converter 430.
  • the line delay time-digital converter 430 may serve as a final stage of time delay, and may function as a conventional pipe-line analog-to-digital converter (ADC) circuit.
  • ADC pipe-line analog-to-digital converter
  • the digital error correction unit 440 receives the output signal of the pipe stage unit 420A and the output of the line delay time-digital converter 430 to correct for offset errors that may occur in a general time-digital converter. do.
  • the digital error correction unit 440 may output the corrected time-digital conversion signal to the outside.
  • FIG. 9 is a block diagram and a circuit diagram of the stage circuit 420 constituting the pipe stage unit 420A according to the embodiment of the present invention.
  • the stage circuit 420 may include a time register 100, a first time-digital converter 421, a first digital-time converter 422, and a time.
  • An amplifier 423 is included.
  • the configuration of the time register 100 is as described above, receives an input pulse, maintains and stores time information as the first time Tin according to the time of the received input pulse, and stores the stored first time as the first time. Output to the time-digital converter 421.
  • the first time-digital converter 421 quantizes the first time, generates a first output code, and outputs the first output code to the first digital-time converter 422.
  • the first digital-time converter 422 generates a time reference Tref according to the first output code, and transmits the time reference Tref to the time amplifier 423.
  • the time amplifier 423 amplifies the residual signal Tout and delivers the residual signal to the next stage circuit 420.
  • a signal of 4 * (Tin ⁇ Dout * Tref) may be output according to the first time and the residual signal.
  • the digital error correction unit 440 collects a time signal of a first bit, for example, 2.5 bits, from each stage circuit 420 to perform error correction processing, and converts time information of a second bit, for example, 9 bits. You can generate and output
  • the stage circuit 420 may include a first time-digital converter 421 connected to a plurality of delay gate cells included in the time register 100. And the first digital-time converter 422 may be implemented.
  • the first time-digital converter 421 may improve the operation speed and directly output the first output code by setting the quantization level.
  • the first digital-time converter 422 may receive the first output code signal to generate a time reference (Tref) signal.
  • the first digital-time converter 422 may include a plurality of switches connected to the delay line to determine the reference level.
  • the time register 100, the first time-digital converter 421, and the first digital time converter 422 described above may be used to reduce the complexity and the complexity of the integrated circuit.
  • Each core may be connected using one delay line.
  • the time amplifier 423 sequentially delays, merges and outputs a plurality of received pulse signals. It may be implemented in the form of a time amplifier (PT-TA). 10 illustrates an example implemented as a pulse train time amplifier for connecting, amplifying and outputting four first time input Tins. To this end, the time amplifier 423 may include at least three time delay circuits and an OR gate circuit for delayed signal merging. This allows accurate gain settings without calibration and broadens the linear range of the input signal.
  • the dynamic range DR of the time-to-digital converter 400 is the entire time-digital converter 421. Can be extended according to the number.
  • the temporal resolution can be defined by dividing the quantization level of each first time-digital converter 421 by the gain sum of the entire time-digital converter, it is easily scalable.
  • FIG. 11 illustrates a detailed configuration of the line-delay time-digital converter 430 according to an embodiment of the present invention, and includes a time register 100 and a part of the time register 100 for performing a last stage role.
  • the second time-digital converter 431 may be connected to the plurality of delay gate cells. Operation of the other components except for the last flip flop FF is similar to that of the stage circuit 420 and thus will be omitted.
  • FIG. 12 illustrates a transfer curve curve of the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
  • the transfer curve curve may have an inverted shape as the output of the time register 100 according to an embodiment of the present invention is a compensative value. Therefore, the output between the even and odd stages may be inverted for each stage. Accordingly, the digital error compensator 440 may perform a process of correcting different inverted outputs for each stage as a normal output.
  • FIG. 13 and 14 illustrate flowcharts and circuit operations for explaining a time-to-digital conversion method for each stage of the time-to-digital converter 400 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first input signal may include four pulses having a phase having a first magnitude.
  • the four pulses may be the signal delivered in the previous stage, and the first magnitude may be 1.1 ⁇ _Q, for example.
  • 4.4 ⁇ _Q whose phase is increased by four times the first magnitude may be stored and maintained in the time register 100 as time information corresponding to the first time.
  • the time-digital converter 400 generates a first output code based on the stored first time (S120).
  • the first time-digital converter 421 may generate and output an output code '001' corresponding to the first time according to a setting.
  • the time-digital converter 400 generates a time reference corresponding to the first output code and outputs a residual signal (S130).
  • the first time-digital converter 421 may select an appropriate node for acquiring the limit signal FULL SIGNAL of the time register 100 based on the first output code. have.
  • the first time-digital converter 421 may acquire a time reference including a trigger time and a limit signal generation time.
  • the first time-digital converter 421 may obtain a residual signal corresponding to a time difference from the trigger time to the limit signal acquisition time.
  • the first time-digital converter 421 may obtain a residual signal such as 1.6 ⁇ _Q by calculating 6 ⁇ _Q-4.4 ⁇ _Q.
  • the time-digital converter 400 amplifies and outputs the residual signal (S140).
  • the time amplifier 423 may sequentially delay, merge, and output a plurality of received pulse signals in a pulse train form.
  • FIG. 14D illustrates an example in which four residual signal inputs 1.6 ⁇ _Q are connected and output.
  • 15 is a timing diagram illustrating the overall operation of the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
  • the time-to-digital converter 400 when the SET signal is applied to the time-to-digital converter 400, the time-to-digital converter 400 is initialized. Then, the input signal is received as a tin pulse, and the clock signal is received as each pulse is received. As received, the pipeline stage stage circuits 420 may operate, and the finally amplified residual signal may be output in synchronization with a clock.
  • 16 is a diagram for describing an example in which the time-to-digital converter 400 is implemented as a chip according to an exemplary embodiment.
  • time-to-digital converter 400 when the time-to-digital converter 400 is implemented on a chip, a clock generator, a first stage circuit, a second stage circuit, a third stage circuit, and a flash time-digital converter circuit may be used. It can be implemented on a small chip including and a logic circuit. According to this configuration, the time-to-digital converter 400 may be implemented on a standardized CMOS chip, and may reduce power consumption.
  • 17 to 21 are experimental result data of the time-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
  • the dynamic range of the input signal recorded 578 ps, which is the time register 100 using the delay-line and delay gate cells as described above. It can be achieved by the operation of. In addition, the operation speed and time resolution were also improved, recording 250MSamples / s and 1.12ps. As a result of the figure-of-merit analysis, the power consumption is reduced and the performance of the time-to-digital converter is improved. In addition, it can be confirmed that the digital error compensation has a strong accuracy against noise and errors.
  • the above-described method according to various embodiments of the present disclosure may be implemented in program code and provided to each server or devices in a state of being stored in various non-transitory computer readable mediums.
  • the non-transitory readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently and is readable by a device, not a medium storing data for a short time such as a register, a cache, a memory, and the like.
  • a non-transitory readable medium such as a CD, a DVD, a hard disk, a Blu-ray disk, a USB, a memory card, a ROM, or the like.

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Abstract

A time register according to an embodiment of the present invention comprises: an in (IN) signal input unit for receiving an input signal having a first time interval; a trigger signal input unit for receiving a trigger signal; an enable (EN) generation unit for generating an EN signal in response to the input signal and the trigger signal; a set (SET) signal input unit for receiving a set signal; and a series delay gate circuit unit for receiving the EN signal and transmitting the SET signal. Accordingly, the present invention can design a time register capable of storing time information and a clock synchronous addition or subtraction. Further, the present invention can provide a time register which can improve a time resolution together with a processing time by using a series delay gate circuit in implementing the time register, and provide a time-digital conversion device, a time-digital conversion method, a time calculation device, and a time calculation method.

Description

타임 레지스터, 이를 이용한 시간 연산 장치, 시간 연산 방법, 시간-디지털 변환 장치 및 시간-디지털 변환 방법Time register, time computing device, time computing method, time-to-digital converter and time-to-digital conversion method
본 발명은 시간 연산 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타임 레지스터(Time Register)를 이용하여 시간 연산을 수행할 수 있는 시간 연산 장치, 시간 연산 방법, 시간-디지털 변환 장치 및 시간-디지털 변환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a time computing device, and more particularly, to a time computing device, a time computing method, a time-to-digital conversion device and a time-to-digital conversion method that can perform a time operation using a time register. It is about.
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.With the recent development of semiconductor process technology, the supply voltage of circuits is lowering and the characteristics of MOSFETs, which are individual devices, are deteriorating. Therefore, the circuit design using the existing voltage-based signal processing method becomes more and more difficult. Recently, many studies have been conducted on time-based signal processing as an alternative circuit design method. Time-based signal processing is a technique that processes a signal by converting an input signal into 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. Accordingly, there is a need for a study on performance improvement for time calculation, as well as a study on a circuit operating on a time basis, for subtracting or adding a clock synchronized pulse time.
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, in order to measure the time of a pulse and provide subtraction or addition of time information, a complicated process is required. Therefore, it is very difficult to design a time computing 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, 시간 연산 방법, 시간-디지털 변환 장치 및 시간-디지털 변환 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-described problems, it is easy to add or subtract time information using a time register (Time Register), time register and time computing device using the same to improve the time resolution and processing speed, It is an object of the present invention to provide a time calculation method, a time-digital conversion device and a time-digital conversion 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.Time-to-digital converter according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a pulse generator for generating an input pulse signal; And a pipe stage unit configured to receive the input pulse signal and perform a time delay operation for each stage according to a pipeline, wherein the pipe stage unit includes a plurality of stage circuits, and the stage circuits accumulate time information. 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 another aspect of the present invention, there is provided a method of converting a time-digital signal into an input pulse signal; Storing first time information on a serial delay gate cycle of a 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.Time register according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is an IN signal input unit for 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 unit receiving the enable signal and propagating the SET signal.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 시간 가산기는, 제1 시간 구간(Ta)을 갖는 제1 펄스 신호 및 제2 시간 구간(Tb)을 갖는 제2 펄스 신호를 순차적으로 수신하는 입력부; 제1 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며, 순차적으로 입력되는 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호의 시간 정보를 누적하고, 제1 직렬 지연 게이트 회로부에서 한계 신호가 출력되는 제1 한계 시간에서 상기 제1 시간 구간(Ta)과 상기 제2 시간 구간(Tb)이 누적된 시간을 뺀 제1 출력 신호를 출력하는 제1 타임 레지스터; 및 제2 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며, 상기 제1 출력 신호의 시간 정보를 누적하고, 제2 직렬 지연 게이트 회로부에서 한계 신호가 출력되는 제2 한계 시간에서 뺀 Ta + Tb의 시간 구간을 갖는 제2 출력 신호를 출력하는 제2 타임 레지스터를 포함한다.In order to solve the above problems, a time adder according to an exemplary embodiment of the present invention sequentially receives a first pulse signal having a first time interval Ta and a second pulse signal having a second time interval Tb. An input unit to perform; And a first series delay gate circuit unit, accumulating time information of the first pulse signal and the second pulse signal sequentially input, and at the first limit time at which the limit signal is output from the first series delay gate circuit unit. A first time register configured to output a first output signal obtained by subtracting the accumulated time of the first time interval Ta and the second time interval Tb; And a second series delay gate circuit unit, having a time interval of Ta + Tb accumulated in time information of the first output signal and subtracted from a second limit time at which a limit signal is output from the second series delay gate circuit unit. And a second time register for outputting two output signals.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 시간 감산기는, 제1 시간 구간(Ta)을 갖는 제1 펄스 신호를 수신하는 제1 입력부; 제1 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며, 상기 제1 펄스 신호의 시간 정보 Ta를 누적하고, 상기 제1 직렬 지연 게이트 회로부의 한계 신호가 출력되는 제1 한계 시간에서 상기 누적된 Ta 시간을 뺀 제1 출력 신호를 출력하는 제1 타임 레지스터; 제2 시간 구간(Tb)를 갖는 제2 펄스 신호 및 상기 제1 출력 신호를 순차적으로 수신하는 제2 입력부; 및 제2 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며, 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 펄스 신호의 시간 정보를 누적하고, 상기 제2 직렬 지연 게이트 회로부의 한계 신호가 출력되는 제2 한계 시간에서 뺀 Ta - Tb의 시간 구간을 갖는 제2 출력 신호를 출력하는 제2 타임 레지스터를 포함한다.A time subtractor according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, the first input unit for receiving a first pulse signal having a first time interval Ta; A first series delay gate circuit unit, and accumulating time information Ta of the first pulse signal and subtracting the accumulated Ta time from a first limit time at which the limit signal of the first series delay gate circuit unit is output; A first time register for outputting an output signal; A second input unit sequentially receiving a second pulse signal having a second time interval Tb and the first output signal; And a second series delay gate circuit portion, wherein Ta is accumulated in time information of the first output signal and the second pulse signal and subtracted from a second limit time at which a limit signal of the second series delay gate circuit portion is output. And a second time register for outputting a second output signal having a time interval of Tb.
본 발명의 실시 예에 따르면, 시간 정보의 저장, 가산 또는 감산이 클럭 동기적으로 가능한 타임 레지스터를 디자인 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to design a time register capable of clock synchronous storage, addition or subtraction of time information.
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-디지털 변환 장치, 시간-디지털 변환 방법, 시간 연산 장치 및 시간 연산 방법을 제공할 수 있다. 이에 따라, 시간-디지털 변환 장치, 시간-디지털 변환 방법, 시간 연산 장치 및 시간 연산 방법의 설계가 용이하게 된다.In addition, the present invention provides a time register that can improve the time resolution and processing speed by using a serial delay gate circuit in the time register implementation, time-digital conversion device, time-digital conversion using the same A method, a time calculating device, and a time calculating method can be provided. Accordingly, the design of the time-digital conversion device, the time-digital conversion method, the time calculation device, and the time calculation method is facilitated.
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 an embodiment of the present invention is not only various time-to-digital converters, but also circuits such as an All Digital Phase Locked Loop (ADPLL) circuit or a Digital Phase Locked Loop. Applicable to
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.1 is a block diagram illustrating a time register according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an implementation circuit and an input / output timing diagram of a time register according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)의 입출력 타이밍을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating input and output timing of the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)를 이용한 감산기(200) 및 가산기(300)의 구성 및 입출력 구성을 나타낸다.4 illustrates the configuration and input / output configuration of the subtractor 200 and the adder 300 using the time register 100 according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 직렬 게이트 셀을 나타낸다.5 illustrates a series gate cell according to an embodiment of the present invention.
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.6 and 7 illustrate comparison result data when the tilted delay gate cell 151B is applied to the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)를 설명하기 위한 블록도이다.8 is a block diagram illustrating a time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 스테이지부(420A)를 구성하는 스테이지 회로(420)의 블록도 및 회로도를 나타낸다.9 is a block diagram and a circuit diagram of the stage circuit 420 constituting the pipe stage unit 420A according to the embodiment of the present invention.
도 10은 시간 증폭기(423)의 세부 구성을 도시한 것이다.10 shows a detailed configuration of the time amplifier 423.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 라인-지연 시간-디지털 변환부(430)의 세부 구성을 나타낸다.11 illustrates a detailed configuration of the line-delay time-digital converter 430 according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 전달 커브 곡선을 나타낸다.12 illustrates a transfer curve curve of the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 스테이지별 시간-디지털 변환 방법을 설명하기 위함 흐름도 및 회로 동작을 나타낸다.13 and 14 illustrate flowcharts and circuit operations for explaining a time-to-digital conversion method for each stage of the time-to-digital converter 400 according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 전체적인 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.15 is a timing diagram illustrating the overall operation of the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)가 칩으로 구현된 예를 설명하기 위한 도면이다.16 is a diagram for describing an example in which the time-to-digital converter 400 is implemented as a chip according to an exemplary embodiment.
도 17 내지 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 실험 결과 데이터이다.17 to 21 are experimental result data of the time-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
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. Therefore, those skilled in the art, although not explicitly described or illustrated herein, can embody the principles of the present invention and invent various devices that fall within the spirit and scope of the present invention. In addition, all conditional terms and embodiments listed herein are in principle clearly intended to be understood only for the purpose of understanding the concept of the invention and are not to be limited to the specifically listed embodiments and states. do.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 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.In addition, it is to be understood that all detailed descriptions, including the specific embodiments, as well as the principles, aspects, and embodiments of the present invention, are intended to include structural and functional equivalents thereof. In addition, these equivalents should be understood to include not only equivalents now known, but also equivalents to be developed in the future, that is, all devices invented to perform the same function regardless of 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 a conceptual view of example circuitry embodying the principles of the invention. Similarly, all flowcharts, state transitions, pseudocodes, and the like are understood to represent various processes performed by a computer or processor, whether or not the computer or processor is substantially illustrated on a computer readable medium and whether the computer or processor is clearly shown. Should be.
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 functionality of the various elements shown in the figures, including functional blocks represented by a processor or similar concept, can be provided by the use of dedicated hardware as well as hardware capable of executing software in association with appropriate software. When provided by a processor, the functionality may be provided by a single dedicated processor, by a single shared processor or by 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.In addition, the explicit use of terms presented in terms of processor, control, or similar concept should not be interpreted exclusively as a citation to hardware capable of running software, and without limitation, ROM for storing digital signal processor (DSP) hardware, software. (ROM), RAM, and non-volatile memory are to be understood to implicitly include. Other hardware for the governor 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 of this specification, components expressed as means for performing the functions described in the detailed description include all types of software including, for example, a combination of circuit elements or firmware / microcode, etc. that perform the functions. It is intended to include all methods of performing a function which are combined with appropriate circuitry for executing the software to perform the function. The invention, as defined by these claims, is equivalent to what is understood from this specification, as any means capable of providing such functionality, as the functionality provided by the various enumerated means are combined, and in any manner required by the claims. It should be understood that.
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. The above objects, features, and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, 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.1 is a block diagram illustrating a time register according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an implementation circuit and an input / output timing diagram of a time register according to an exemplary 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, the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes an IN signal input unit 110, a trigger signal input unit 120, a SET signal input unit 130, and an An EN signal generator 140 and a series delay gate circuit 150.
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.As shown in FIG. 1, the time register 100 according to an embodiment of the present invention includes a series delay gate circuit 150, and the series delay gate circuit 150 includes a plurality of delay gate cells or delays connected in series. And gated delay line circuits. Each delay gate cell connected in series may serve to accumulate time information according to an enable (EN) signal input. According to the enable (EN) signal input to the delay gate cells, the stepwise transfer of the SET signal input to the SET signal input unit 130 may be controlled.
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, 입력 시간(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 signal input unit 110 receives an input pulse of the time register 100 and transmits the input pulse to the enable signal generator. The IN signal input unit may receive an input pulse having an input time T_IN from the outside in response to the time information to be stored in the time register. In addition, according to an embodiment of the present disclosure, the in signal input unit 110 may add a predetermined offset time to the input signal T_IN in order to prepare for the case where a narrow time pulse is input. .
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.In addition, the trigger signal input unit 120 receives the trigger pulse and delivers the trigger pulse to the enable (EN) signal generator. The trigger signal may include a clock signal, for example. The trigger signal input to the trigger signal input unit 120 may be a pulse signal having a predetermined length and may correspond to a clock signal for storing time information of the time register 100.
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 signal generator 140 generates an enable signal according to the trigger pulse and the in signal, and applies the enabled signal to the series delay gate circuit 150.
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.In the SET signal input unit 130, a SET signal for driving the time register may be input, and the SET signal may be applied as an input signal of the serial delay gate circuit 150. The driving of the time register 100 may be started according to the SET signal input. When the IN signal is HIGH and the SET signal is HIGH, the SET signal is applied to the series delay gate circuit 150 to propagate through each delay gate circuit. PROPAGATION). However, when the IN signal is turned low, propagation of the SET signal may be stopped. However, when the trigger signal is input again while the IN signal is LOW, the propagation of the SET signal may be resumed. The propagation of the SET signal may be terminated by outputting the limit signal FULL SIGNAL from the serial delay gate circuit 150. According to an embodiment, when the limit signal is output, the SET signal is changed to LOW and the time register 100 may be initialized.
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.Meanwhile, the series delay gate circuit 150 may be configured as a circuit in which a plurality of delay gates are connected in series as shown in FIG. 2A.
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 an enable (EN) signal is applied to the delay gates, the series delay gate circuit 150 accumulates time information by sequentially operating the plurality of delay gate cells, and limits the time information when the accumulated time information reaches a limit value. Signals (FULL SIGNAL, FS) can be output.
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. In addition, in order to accumulate time information, the series delay gate circuit 150 may use a phase delay. As shown in FIG. 2B, in each delay gate cell (or delay gate line), an input pulse is generated according to an enable signal generated by a trigger signal and an IN signal. It can be seen that the phase (pulse) increases constantly in response to the time interval of. As shown in FIG. 2A, when the time at which the limit signal of the series delay gate circuit 150 is output due to the accumulation of input pulses is T_FS, when the phase delayed by each delay gate cell is τ_Q, It can be said that the time T_FS = N * τ_Q until the limit signal is output.
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.In addition, as shown in FIG. 2B, when the IN signal and the trigger signal are applied to the series delay gate circuit 150 as 0, and the enable signal is not applied, the phase is presently present. You can see that it stays with the value. If the enable (EN) signal is applied until the phase 2τ_Q is stopped, the phase of the series delay gate circuit 150 may be maintained at 2τ_Q until the phase is increased again by the trigger signal. By using the increase and sustain timing of the phase delay, the time information storage function of the time register 100 may be implemented.
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. In addition, by the phase delay and maintenance of the series delay gate circuit 150, the time T_FS at which the limit signal is output can be controlled. Here, T_FS may be a predetermined time according to the characteristics and the number of delay gate cells. In this case, by simply increasing the number of delay gate cells, the time limit accumulated in the series delay gate circuit 150 may be easily increased.
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.The output unit 160 may output the output T_OUT of the time register 100 configured as described above. Here, the output T_OUT can be designated as T_OUT = T_FS-T_IN when the input waveform IN signal is expressed as T_IN. The output unit 160 may acquire and output time information stored in the time register 100 by calculating T_OUT as described above. In addition, the output unit 160 may be configured to output T_IN itself by continuously inputting T_OUT to the time register 100 again.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)의 입출력 타이밍을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating input and output timing of the time register 100 according to an exemplary 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.As shown in FIG. 3A, when a signal having a time interval of T_IN is input to an IN input of the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention, an output time of the time register 100 is input. The information T_OUT may be calculated by T_FS-T_IN.
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). When an input pulse having a time interval of T_IN is received, the time register 100 according to an embodiment of the present invention may maintain time information as long as T_IN time until the trigger signal of the next clock is received. When the trigger signal is received, the time register 100 may delay the time only from the accumulated time T_IN to the limit time T_FS and output the limit signal FS. Therefore, the time information stored in the time register 100 may be output as a value obtained by subtracting T_IN from T_FS.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)를 이용한 가산기(200) 또는 감산기(300)가 구현될 수 있다.Meanwhile, the adder 200 or the subtractor 300 using the time register 100 according to an embodiment of the present invention may be implemented.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 타임 레지스터(100)를 이용한 가산기(200) 및 감산기 (300)의 구성 및 입출력 구성을 나타낸다.4 illustrates a configuration of an adder 200 and a subtractor 300 and an input / output configuration using the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
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.First, the adder 200 will be described. The adder 200 according to an exemplary embodiment of the present invention includes an input unit 210, a first time register 100A, a second time register 100B, and an output unit 220. .
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 transmit the same to the first time register 100A.
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 first time register 100A accumulates time information of the first pulse signal and the second pulse signal sequentially input, and subtracts the accumulated time of Ta and Tb from the limit time T_FS at which the limit signal is output. The first output signal T_FS-(Ta + Tb) is output and transferred to the second time register 100B.
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 second time register 100B accumulates the time information of the transmitted first output signal, and outputs the second output signal T_FS-(T_FS-(Ta + Tb)) subtracted from the limit time. )
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, a second output signal having a Ta + Tb time interval to which the first time interval Ta of the first pulse signal sequentially input and the second time interval Tb of the second pulse signal are added may be output to the outside. Therefore, the adder 200 according to an exemplary embodiment of the present invention may be implemented by cascading the first time register 100A and the second time register 100B dependently.
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.And, when the subtractor 300 is described, the subtractor 300 according to the embodiment of the present invention includes a first input unit 310, a first time register 100C, a second input unit 320, and a second time register 100D. ) And an output unit 330.
제1 입력부(310)는 제1 시간 구간(Ta)을 갖는 제1 펄스 신호를 수신하여 제1 타임 레지스터(100C)로 전달할 수 있다.The first input unit 310 may receive the first pulse signal having the first time interval Ta and transmit it to the first time register 100C.
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 first time register 100A accumulates the input first pulse signal time information Ta, and calculates the first output signal T_FS-Ta obtained by subtracting the accumulated time Ta from the limit time T_FS at which the limit signal is output. The output is transmitted to the second input unit 320.
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 위해, 제2 입력부(320)는 적어도 하나의 논리 게이트를 포함할 수 있다.The second input unit 320 sequentially receives the second pulse signal having the second time interval Tb and the first output signal, and transfers the second output signal to the second time register 100B. To this end, the second input unit 320 may include at least one logic gate.
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 second time register 100B accumulates the time information of the transmitted first output signal and the second pulse signal, and subtracts the second output signal T_FS-(T_FS-Ta) + Tb)) Output to the output.
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, a second output signal having a Ta − Tb time interval obtained by subtracting the first time interval Ta of the first pulse signal sequentially input and the second time interval Tb of the second pulse signal may be output to the outside. Therefore, the adder 200 according to an exemplary embodiment of the present invention may be implemented by cascading the first time register 100A and the second time register 100B dependently.
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 may be easily implemented in the form of the adder 200 and the subtractor 300 by the characteristic thereof, and may easily store time information and synchronize clocks. do.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 직연 게이트 셀을 나타낸다.5 illustrates a direct 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.On the other hand, the series delay gate circuit 150 of the time register 100 according to the embodiment of the present invention may be composed of delay gate cells connected in series, as shown in Figure 5 (a) a general delay gate cell 151A It can be implemented in the form of.
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 the plurality of delay gate cells 151A are connected, an error may occur due to a gating imbalance. In particular, a phase error may occur when propagation of a SET signal is not properly performed in a period where time information is maintained.
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, the delay gate cell is implemented in the form of a skewed gated delay cell (151B) for preventing an error as shown in FIG. Can be. The tilted delay gate cell 151B uses a plurality of input units (IN [n-5], IN [n-3], IN [n-1], etc.) to which the SET signal is input to propagate the SET signal. The control unit may include an output unit configured to transfer a plurality of input SET signals through a plurality of paths and to output the next delay gate cell 151B. According to such a configuration, it is possible to reduce time error 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.6 and 7 illustrate comparison result data when the tilted delay gate cell 151B is applied to the time register 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
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 an input time, and the maximum error time difference in the case of applying a tilted delay gate cell 151B for transmitting a signal through multiple paths (B) is a general delay gate. It can be seen that the cell 151A is much smaller than the case (A).
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 0~80도 등)에서도 약 0.5피코초(ps) 이내에 불과한 것을 확인할 수 있다.In addition, Figure 7 is a Monte Carlo simulation results according to various environmental conditions, the time error of the time register 100 according to an embodiment of the present invention is a change in all environmental conditions (voltage 1,2V + -0.05V, temperature 0 ~ 80 degrees, etc.), it can be seen that it is only within about 0.5 picoseconds (ps).
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 present embodiment may be implemented.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)를 설명하기 위한 블록도이다.8 is a block diagram illustrating a time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 8, the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention may include a pulse generator 410, a pipe stage unit 420A, a line delay time-digital converter 430, and a digital error report. Government 440.
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. As shown in FIG. 8, the pulse generator 410 receives a start signal and a stop signal, generates a pulse signal Tin according to the time difference, and transmits the generated pulse signal Tin to the pipe stage unit 420A. . In addition, the pulse generator 410 may apply an operation clock signal for driving the time-to-digital converter 400 to each component. Also, for error correction, the pulse generator 410 may add an offset time to the time difference between the start signal and the stop signal and transmit the offset time to the pipe stage unit 420A.
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 pulse generator 410 may be periodically applied from an external system, and the pulse generator 410 extracts the operation clock signal into an external clock from the periodically applied start signal, and the external clock thereof. Can be transmitted as a clock signal of each component.
그러나, 시작 신호가 주기적이지 않은 경우 펄스 생성부(410)는 자체적으로 동작 클럭 신호를 생성하여 각각의 구성 요소로 인가할 수도 있다.However, when the start signal is not periodic, the pulse generator 410 may generate and apply an operation clock signal to each component.
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.In addition, the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention includes a pipe stage unit 420A which performs time delay calculation for each pipeline to the plurality of stage circuits 420 based on the applied pulse signal Tin. can do. For example, if four time delay operations are performed in three pipelines as shown in FIG. 8, 4 * 4 * 4 = 64 stage operations may be performed. Accordingly, it is possible to improve the time resolution of the time-to-digital converter 400 without using a general Vernier delay line circuit or the like.
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 time delay operation for each stage performed in each pipe may be performed by a plurality of stage circuits 420 included in the pipe stage unit 420. In addition, the conversion speed may be improved according to the pipeline operation performed on each pipe. A detailed circuit configuration for this purpose will be described later with reference to FIG. 9.
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 pipe stage unit 420A may be transmitted to the digital error correction unit 440 and the line delay time-digital converter 430.
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-digital converter 430 may serve as a final stage of time delay, and may function as a conventional pipe-line analog-to-digital converter (ADC) circuit.
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 error correction unit 440 receives the output signal of the pipe stage unit 420A and the output of the line delay time-digital converter 430 to correct for offset errors that may occur in a general time-digital converter. do. The digital error correction unit 440 may output the corrected time-digital conversion signal to the outside.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 스테이지부(420A)를 구성하는 스테이지 회로(420)의 블록도 및 회로도를 나타낸다.9 is a block diagram and a circuit diagram of the stage circuit 420 constituting the pipe stage unit 420A according to the embodiment of the present invention.
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.As illustrated in FIG. 9, the stage circuit 420 according to an embodiment of the present invention may include a time register 100, a first time-digital converter 421, a first digital-time converter 422, and a time. An amplifier 423 is included.
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 time register 100 is as described above, receives an input pulse, maintains and stores time information as the first time Tin according to the time of the received input pulse, and stores the stored first time as the first time. Output to the time-digital converter 421.
그리고, 제1 시간-디지털 변환부(421)는 제1 시간을 양자화하고, 제1 출력 코드를 생성하여 제1 디지털-시간 변환부(422)로 출력한다.The first time-digital converter 421 quantizes the first time, generates a first output code, and outputs the first output code to the first digital-time converter 422.
이후, 제1 디지털-시간 변환부(422)는 제1 출력 코드에 따라 시간 레퍼런스(Tref)를 생성하며, 시간 증폭기(423)로 전달한다.Thereafter, the first digital-time converter 422 generates a time reference Tref according to the first output code, and transmits the time reference Tref to the time amplifier 423.
시간 증폭기(423)는 잔차 신호(Tout)로 증폭하고, 잔차 신호를 다음 스테이지 회로(420)로 전달한다.The time amplifier 423 amplifies the residual signal Tout and delivers the residual signal to the next stage circuit 420.
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 stage circuit 420 as shown in FIG. 9 is performed four times, a signal of 4 * (Tin−Dout * Tref) may be output according to the first time and the residual signal. The digital error correction unit 440 collects a time signal of a first bit, for example, 2.5 bits, from each stage circuit 420 to perform error correction processing, and converts time information of a second bit, for example, 9 bits. You can generate and output
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 stage circuit 420 according to the embodiment of the present invention may include a first time-digital converter 421 connected to a plurality of delay gate cells included in the time register 100. And the first digital-time converter 422 may be implemented.
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-digital converter 421 may improve the operation speed and directly output the first output code by setting the quantization level.
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-time converter 422 may receive the first output code signal to generate a time reference (Tref) signal. The first digital-time converter 422 may include a plurality of switches connected to the delay line to determine the reference level.
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.In addition, as shown in the lower part of FIG. 9, the time register 100, the first time-digital converter 421, and the first digital time converter 422 described above may be used to reduce the complexity and the complexity of the integrated circuit. Each core may be connected using one delay line.
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 선형 동작 범위(linear range)를 넓힐 수 있다.10 illustrates a detailed configuration of the time amplifier 423. As illustrated in FIG. 10, the time amplifier 423 sequentially delays, merges and outputs a plurality of received pulse signals. It may be implemented in the form of a time amplifier (PT-TA). 10 illustrates an example implemented as a pulse train time amplifier for connecting, amplifying and outputting four first time input Tins. To this end, the time amplifier 423 may include at least three time delay circuits and an OR gate circuit for delayed signal merging. This allows accurate gain settings without calibration and broadens the linear range of the input signal.
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 각각의 제1 시간-디지털 변환부(421)의 양자화 레벨을 전체 시간-디지털 변환부의 게인 합으로 나눈 만큼 정의될 수 있으므로, 용이하게 확장 가능하게 된다.According to such a pipeline configuration of the stage circuit 420, the dynamic range DR of the time-to-digital converter 400 according to the embodiment of the present invention is the entire time-digital converter 421. Can be extended according to the number. In addition, since the temporal resolution can be defined by dividing the quantization level of each first time-digital converter 421 by the gain sum of the entire time-digital converter, it is easily scalable.
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 illustrates a detailed configuration of the line-delay time-digital converter 430 according to an embodiment of the present invention, and includes a time register 100 and a part of the time register 100 for performing a last stage role. The second time-digital converter 431 may be connected to the plurality of delay gate cells. Operation of the other components except for the last flip flop FF is similar to that of the stage circuit 420 and thus will be omitted.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 전달 커브 곡선을 나타낸다.12 illustrates a transfer curve curve of the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
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 transfer curve curve may have an inverted shape as the output of the time register 100 according to an embodiment of the present invention is a compensative value. Therefore, the output between the even and odd stages may be inverted for each stage. Accordingly, the digital error compensator 440 may perform a process of correcting different inverted outputs for each stage as a normal output.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 스테이지별 시간-디지털 변환 방법을 설명하기 위함 흐름도 및 회로 동작을 나타낸다.13 and 14 illustrate flowcharts and circuit operations for explaining a time-to-digital conversion method for each stage of the time-to-digital converter 400 according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 13 및 도 14를 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 and 14, when the input signal is first applied to the time-to-digital converter 400 (S100), an enable (EN) signal is applied to the time register and a first time according to the input signal is stored. (S110).
도 14(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. 14A, the first input signal may include four pulses having a phase having a first magnitude. The four pulses may be the signal delivered in the previous stage, and the first magnitude may be 1.1τ_Q, for example. In addition, 4.4τ_Q whose phase is increased by four times the first magnitude may be stored and maintained in the time register 100 as time information corresponding to the first time.
그리고, 시간-디지털 변환기(400)는 저장된 제1 시간에 기초하여 제1 출력 코드를 생성한다(S120).The time-digital converter 400 generates a first output code based on the stored first time (S120).
도 14(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. 14B, the first time-digital converter 421 may generate and output an output code '001' corresponding to the first time according to a setting.
그리고 시간-디지털 변환기(400)는 제1 출력 코드에 대응되는 시간 레퍼런스를 생성하고, 잔차 신호를 출력한다(S130).The time-digital converter 400 generates a time reference corresponding to the first output code and outputs a residual signal (S130).
도 14(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. 14C, the first time-digital converter 421 may select an appropriate node for acquiring the limit signal FULL SIGNAL of the time register 100 based on the first output code. have. As the trigger signal is received by the time register 100, the first time-digital converter 421 may acquire a time reference including a trigger time and a limit signal generation time. The first time-digital converter 421 may obtain a residual signal corresponding to a time difference from the trigger time to the limit signal acquisition time. For example, the first time-digital converter 421 may obtain a residual signal such as 1.6τ_Q by calculating 6τ_Q-4.4τ_Q.
그리고, 시간-디지털 변환기(400)는 잔차 신호를 증폭하여 출력한다(S140).The time-digital converter 400 amplifies and outputs the residual signal (S140).
도 14(d)에 도시된 바와 같이, 시간 증폭기(423)는 수신되는 복수개의 펄스 신호를 순차적으로 지연하고, 병합하여 펄스 트레인 형태로 출력할 수 있다. 도 14 (d)에서는 4개의 잔차 신호 입력 1.6τ_Q들 4개를 연결하여 출력하는 예를 설명하고 있다.As illustrated in FIG. 14D, the time amplifier 423 may sequentially delay, merge, and output a plurality of received pulse signals in a pulse train form. FIG. 14D illustrates an example in which four residual signal inputs 1.6τ_Q are connected and output.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 전체적인 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.15 is a timing diagram illustrating the overall operation of the time-to-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
도 15에 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.As shown in FIG. 15, when the SET signal is applied to the time-to-digital converter 400, the time-to-digital converter 400 is initialized. Then, the input signal is received as a tin pulse, and the clock signal is received as each pulse is received. As received, the pipeline stage stage circuits 420 may operate, and the finally amplified residual signal may be output in synchronization with a clock.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)가 칩으로 구현된 예를 설명하기 위한 도면이다.16 is a diagram for describing an example in which the time-to-digital converter 400 is implemented as a chip according to an exemplary embodiment.
도 16을 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.Referring to FIG. 16, when the time-to-digital converter 400 is implemented on a chip, a clock generator, a first stage circuit, a second stage circuit, a third stage circuit, and a flash time-digital converter circuit may be used. It can be implemented on a small chip including and a logic circuit. According to this configuration, the time-to-digital converter 400 may be implemented on a standardized CMOS chip, and may reduce power consumption.
도 17 내지 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 시간-디지털 변환기(400)의 실험 결과 데이터이다.17 to 21 are experimental result data of the time-digital converter 400 according to an embodiment of the present invention.
도 17 내지 도 21에 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.As shown in Figs. 17-21, the dynamic range of the input signal recorded 578 ps, which is the time register 100 using the delay-line and delay gate cells as described above. It can be achieved by the operation of. In addition, the operation speed and time resolution were also improved, recording 250MSamples / s and 1.12ps. As a result of the figure-of-merit analysis, the power consumption is reduced and the performance of the time-to-digital converter is improved. In addition, it can be confirmed that the digital error compensation has a strong accuracy against noise and errors.
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 above-described method according to various embodiments of the present disclosure may be implemented in program code and provided to each server or devices in a state of being stored in various non-transitory computer readable mediums.
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.The non-transitory readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently and is readable by a device, not a medium storing data for a short time such as a register, a cache, a memory, and the like. Specifically, the various applications or programs described above may be stored and provided in a non-transitory readable medium such as a CD, a DVD, a hard disk, a Blu-ray disk, a USB, a memory card, a ROM, or the like.
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.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

Claims (22)

  1. 제1 시간 구간을 갖는 입력 신호를 수신하는 인(IN) 신호 입력부;An IN signal input unit configured to receive an input signal having a first time interval;
    트리거 신호를 수신하는 트리거 신호 입력부;A trigger signal input unit for receiving a trigger signal;
    상기 입력 신호와 트리거 신호에 응답하여 인에이블(EN) 신호를 생성하는 인에이블(EN) 생성부;An enable (EN) generator for generating an enable (EN) signal in response to the input signal and the trigger signal;
    셋 신호를 수신하는 셋(SET) 신호 입력부; 및A set signal input unit for receiving a set signal; And
    상기 인에이블(EN) 신호를 인가받아, 상기 셋(SET) 신호를 전파하는 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하는 타임 레지스터.And a serial delay gate circuit configured to receive the enable signal and propagate the SET signal.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 직렬 지연 게이트 회로는The series delay gate circuit
    상기 제1 시간 구간을 갖는 입력 신호에 따라 시간 정보를 누적하기 위해, 직렬 연결되는 복수의 지연 게이트 셀들을 포함하는 타임 레지스터.And a plurality of delay gate cells connected in series for accumulating time information according to an input signal having the first time interval.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 직렬 지연 게이트 회로는 The series delay gate circuit
    상기 복수의 지연 게이트 셀들의 동작에 따라 위상을 가변하여 시간 정보를 누적하며,Accumulate time information by varying a phase according to operations of the plurality of delay gate cells;
    상기 누적된 시간 정보가 한계값에 도달하면 한계 신호를 출력하는 타임 레지스터.And outputting a limit signal when the accumulated time information reaches a limit value.
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 한계 신호가 출력되는 한계 시간 및 상기 트리거 시간 사이의 차이 값에 기초하여 상기 제1 시간 구간에 대응되는 제1 시간 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 타임 레지스터.And an output unit configured to output first time information corresponding to the first time interval based on a difference value between the threshold time at which the limit signal is output and the trigger time.
  5. 제1 시간 구간(Ta)을 갖는 제1 펄스 신호 및 제2 시간 구간(Tb)을 갖는 제2 펄스 신호를 순차적으로 수신하는 입력부;An input unit sequentially receiving a first pulse signal having a first time interval Ta and a second pulse signal having a second time interval Tb;
    제1 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며, 순차적으로 입력되는 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호의 시간 정보를 누적하고, 상기 제1 직렬 지연 게이트 회로부에서 한계 신호가 출력되는 제1 한계 시간에서 상기 제1 시간 구간(Ta)과 상기 제2 시간 구간(Tb)이 누적된 시간을 뺀 제1 출력 신호를 출력하는 제1 타임 레지스터; 및A first serial delay gate circuit unit and accumulates time information of the first pulse signal and the second pulse signal sequentially input, and at a first limit time at which a limit signal is output from the first serial delay gate circuit unit; A first time register configured to output a first output signal obtained by subtracting the accumulated time of the first time interval Ta and the second time interval Tb; And
    제2 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며, 상기 제1 출력 신호의 시간 정보를 누적하고, 상기 제2 직렬 지연 게이트 회로부에서 한계 신호가 출력되는 제2 한계 시간에서 뺀 Ta + Tb의 시간 구간을 갖는 제2 출력 신호를 출력하는 제2 타임 레지스터를 포함하는 시간 연산 장치.A second series delay gate circuit unit, having a time interval of Ta + Tb, which is accumulated in time information of the first output signal and subtracted from a second limit time at which a limit signal is output from the second series delay gate circuit unit; 2. A time computing device comprising a second time register for outputting an output signal.
  6. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 제1 직렬 지연 게이트 회로부 또는 상기 제2 직렬 지연 게이트 회로부는 일정 시간 구간을 갖는 입력 펄스 신호의 시간 정보를 누적하기 위해, 직렬 연결되는 복수의 지연 게이트 셀들을 포함하는 시간 연산 장치.And the first series delay gate circuit unit or the second series delay gate circuit unit includes a plurality of delay gate cells connected in series to accumulate time information of an input pulse signal having a predetermined time interval.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 제1 직렬 지연 게이트 회로부 또는 상기 제2 직렬 지연 게이트 회로부는 상기 복수의 지연 게이트 셀들의 동작에 따라 위상을 가변하여 상기 시간 정보를 누적하며, 상기 누적된 시간 정보가 한계값에 도달하면 한계 신호를 출력하는 시간 연산 장치.The first series delay gate circuit unit or the second series delay gate circuit unit may vary the phase according to the operations of the plurality of delay gate cells to accumulate the time information, and when the accumulated time information reaches a threshold value, a limit signal. Time computing device that outputs.
  8. 제1 시간 구간(Ta)을 갖는 제1 펄스 신호를 수신하는 제1 입력부;A first input unit configured to receive a first pulse signal having a first time interval Ta;
    제1 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며, 상기 제1 펄스 신호의 시간 정보 Ta를 누적하고, 상기 제1 직렬 지연 게이트 회로부의 한계 신호가 출력되는 제1 한계 시간에서 상기 누적된 Ta 시간을 뺀 제1 출력 신호를 출력하는 제1 타임 레지스터;A first series delay gate circuit unit, and accumulating time information Ta of the first pulse signal and subtracting the accumulated Ta time from a first limit time at which the limit signal of the first series delay gate circuit unit is output; A first time register for outputting an output signal;
    제2 시간 구간(Tb)를 갖는 제2 펄스 신호 및 상기 제1 출력 신호를 순차적으로 수신하는 제2 입력부; 및A second input unit sequentially receiving a second pulse signal having a second time interval Tb and the first output signal; And
    제2 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하며, 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 펄스 신호의 시간 정보를 누적하고, 상기 제2 직렬 지연 게이트 회로부의 한계 신호가 출력되는 제2 한계 시간에서 뺀 Ta - Tb의 시간 구간을 갖는 제2 출력 신호를 출력하는 제2 타임 레지스터를 포함하는 시간 연산 장치.A second serial delay gate circuit portion, and accumulating time information of the first output signal and the second pulse signal and subtracting Ta − Tb from a second limit time at which a limit signal of the second serial delay gate circuit portion is output; And a second time register configured to output a second output signal having a time interval of.
  9. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 제1 직렬 지연 게이트 회로부 또는 상기 제2 직렬 지연 게이트 회로부는 일정 시간 구간을 갖는 입력 펄스 신호의 시간 정보를 누적하기 위해, 직렬 연결되는 복수의 지연 게이트 셀들을 포함하는 시간 연산 장치.And the first series delay gate circuit unit or the second series delay gate circuit unit includes a plurality of delay gate cells connected in series to accumulate time information of an input pulse signal having a predetermined time interval.
  10. 제9항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 제1 직렬 지연 게이트 회로부 또는 상기 제2 직렬 지연 게이트 회로부는 상기 복수의 지연 게이트 셀들의 동작에 따라 위상을 가변하여 상기 시간 정보를 누적하며, 상기 누적된 시간 정보가 한계값에 도달하면 한계 신호를 출력하는 시간 연산 장치.The first series delay gate circuit unit or the second series delay gate circuit unit may vary the phase according to the operations of the plurality of delay gate cells to accumulate the time information, and when the accumulated time information reaches a threshold value, a limit signal. Time computing device that outputs.
  11. 제1 시간 구간(Ta)을 갖는 제1 펄스 신호 및 제2 시간 구간(Tb)을 갖는 제2 펄스 신호를 순차적으로 수신하는 단계;Sequentially receiving a first pulse signal having a first time interval Ta and a second pulse signal having a second time interval Tb;
    순차적으로 입력되는 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호의 시간 정보를 누적하고, 제1 직렬 지연 게이트 회로부에서 한계 신호가 출력되는 제1 한계 시간에서 상기 제1 시간 구간(Ta)과 상기 제2 시간 구간(Tb)이 누적된 시간을 뺀 제1 출력 신호를 출력하는 단계; 및Accumulating time information of the first pulse signal and the second pulse signal which are sequentially input; Outputting a first output signal obtained by subtracting the accumulated time of the two time intervals Tb; And
    상기 제1 출력 신호의 시간 정보를 누적하고, 제2 직렬 지연 게이트 회로부에서 한계 신호가 출력되는 제2 한계 시간에서 뺀 Ta + Tb의 시간 구간을 갖는 제2 출력 신호를 출력하는 단계를 포함하는 시간 연산 방법.Accumulating time information of the first output signal and outputting a second output signal having a time interval of Ta + Tb subtracted from a second limit time at which a limit signal is output by a second series delay gate circuit unit; Operation method.
  12. 제1 시간 구간(Ta)을 갖는 제1 펄스 신호를 수신하는 단계;Receiving a first pulse signal having a first time interval Ta;
    상기 제1 펄스 신호의 시간 정보 Ta를 누적하고, 제1 직렬 지연 게이트 회로부의 한계 신호가 출력되는 제1 한계 시간에서 상기 누적된 Ta 시간을 뺀 제1 출력 신호를 출력하는 단계;Accumulating time information Ta of the first pulse signal and outputting a first output signal obtained by subtracting the accumulated Ta time from a first limit time at which a limit signal of a first series delay gate circuit part is output;
    제2 시간 구간(Tb)를 갖는 제2 펄스 신호 및 상기 제1 출력 신호를 순차적으로 수신하는 단계; 및Sequentially receiving a second pulse signal having a second time interval (Tb) and the first output signal; And
    상기 제1 출력 신호와 상기 제2 펄스 신호의 시간 정보를 누적하고, 제2 직렬 지연 게이트 회로부의 한계 신호가 출력되는 제2 한계 시간에서 뺀 Ta - Tb의 시간 구간을 갖는 제2 출력 신호를 출력하는 제2 타임 레지스터를 포함하는 시간 연산 방법.Accumulating time information of the first output signal and the second pulse signal, and outputting a second output signal having a time interval of Ta − Tb subtracted from a second limit time at which the limit signal of the second serial delay gate circuit part is output; And a second time register.
  13. 입력 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부; 및A pulse generator for generating an input pulse signal; And
    상기 입력 펄스 신호를 수신하여 파이프라인에 따라 스테이지별 시간 지연 연산을 수행하는 파이프 스테이지부; 를 포함하고,A pipe stage unit which receives the input pulse signal and performs time delay calculation for each stage according to a pipeline; Including,
    상기 파이프 스테이지부는 복수의 스테이지 회로를 포함하며,The pipe stage unit includes a plurality of stage circuits,
    상기 스테이지 회로는 The stage circuit
    시간 정보를 누적하기 위한 직렬 지연 게이트 회로부의 동작에 의해 시간 정보를 저장하는 타임 레지스터를 포함하는A time register for storing time information by an operation of a serial delay gate circuit portion for accumulating time information;
    시간-디지털 변환기.Time-to-digital converter.
  14. 제13항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 스테이지 회로는The stage circuit
    입력된 제1 시간을 양자화하여 제1 출력 코드를 생성하는 제1 시간-디지털 변환부;A first time-digital converter configured to quantize the input first time to generate a first output code;
    상기 제1 출력 코드에 따라 트리거 시간을 포함하는 시간 레퍼런스를 생성하고, 잔차 신호를 획득하는 제1 디지털-시간 변환부; 및A first digital-time converter configured to generate a time reference including a trigger time according to the first output code, and obtain a residual signal; And
    상기 잔차 신호를 증폭하여 출력하는 시간 증폭부를 포함하는And a time amplifier for amplifying and outputting the residual signal.
    시간-디지털 변환기.Time-to-digital converter.
  15. 제14항에 있어서,The method of claim 14,
    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.The first time-digital converter and the first digital-time converter are connected to a portion of a serial delay gate circuit of the time register and disposed on the same delay-line. .
  16. 제13항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 타임 레지스터는,The time register,
    제1 시간 구간을 갖는 입력 신호를 수신하는 인(IN) 신호 입력부;An IN signal input unit configured to receive an input signal having a first time interval;
    트리거 신호를 수신하는 트리거 신호 입력부;A trigger signal input unit for receiving a trigger signal;
    상기 입력 신호와 트리거 신호에 응답하여 인에이블(EN) 신호를 생성하는 인에이블(EN) 생성부;An enable (EN) generator for generating an enable (EN) signal in response to the input signal and the trigger signal;
    셋 신호를 수신하는 셋(SET) 신호 입력부; 및A set signal input unit for receiving a set signal; And
    상기 인에이블(EN) 신호를 인가받아, 상기 셋(SET) 신호를 전파하는 상기 직렬 지연 게이트 회로부를 포함하는 The serial delay gate circuit unit receives the enable signal and propagates the set signal.
    시간-디지털 변환기.Time-to-digital converter.
  17. 제16항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 직렬 지연 게이트 회로부는The series delay gate circuit part
    상기 제1 시간 구간을 갖는 입력 신호에 따라 상기 시간 정보를 누적하기 위해, 직렬 연결되는 복수의 지연 게이트 셀들을 포함하는 A plurality of delay gate cells connected in series to accumulate the time information according to an input signal having the first time interval
    시간-디지털 변환기.Time-to-digital converter.
  18. 제17항에 있어서,The method of claim 17,
    상기 직렬 지연 게이트 회로부는The series delay gate circuit part
    상기 복수의 지연 게이트 셀들의 동작에 따라 위상을 가변하여 시간 정보를 누적하며, 상기 누적된 시간 정보가 한계값에 도달하면 한계 신호를 출력하는 시간-디지털 변환기.And varying a phase according to the operations of the plurality of delay gate cells to accumulate time information, and output a limit signal when the accumulated time information reaches a limit value.
  19. 제18항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 타임 레지스터는The time register is
    상기 한계 신호가 출력되는 한계 시간 및 상기 트리거 시간 사이의 차이 값에 기초하여 상기 제1 시간 구간에 대응되는 제1 시간 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 시간-디지털 변환기.And an output unit configured to output first time information corresponding to the first time interval based on a difference value between the threshold time at which the limit signal is output and the trigger time.
  20. 입력 펄스 신호를 수신하는 단계;Receiving an input pulse signal;
    상기 입력 펄스 신호가 인가됨에 따라 타임 레지스터의 직렬 지연 게이트 회로에 제1 시간 정보를 저장하는 단계;Storing first time information in a serial delay gate circuit of a time register as the input pulse signal is applied;
    상기 제1 시간 정보로부터 제1 출력 코드를 생성하는 단계;Generating a first output code from the first time information;
    상기 제1 출력 코드에 대응되는 시간 레퍼런스를 생성하고, 시간 레퍼런스에 대응되는 잔차 신호를 생성하는 단계; 및Generating a time reference corresponding to the first output code and generating a residual signal corresponding to the time reference; And
    상기 잔차 신호를 증폭하여 출력하는 단계를 포함하는 시간-디지털 변환 방법.Amplifying and outputting the residual signal.
  21. 제20항에 있어서,The method of claim 20,
    상기 출력된 잔차 신호를 다음 스테이지로 인가하는 단계를 더 포함하고,Applying the output residual signal to a next stage;
    상기 입력 펄스 신호는 이전 스테이지 회로로부터 출력된 잔차 신호인 것을 특징으로 하는 시간-디지털 변환 방법.And the input pulse signal is a residual signal output from a previous stage circuit.
  22. 제21항에 있어서,The method of claim 21,
    상기 잔차 신호는 상기 시간 레퍼런스에 의해 지정된 상기 직렬 지연 게이트 회로의 한계 시간 및 트리거 시간간 차이 값에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는 시간-디지털 변환 방법.And said residual signal is obtained based on a difference value between a threshold time and a trigger time of said series delay gate circuit designated by said time reference.
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