高精度時間間隔測量芯片的研制.pdf

1、論文采用TDC(Time to Digital Converter)方法設計了一款單通道，測量精度為300ps，測量范圍為1μs-2.0ms，響應時間小于1ms的高精度時間間隔測量芯片。芯片的核心是基于抽頭延遲線法的時間間隔測量環(huán)路，采用固定延時的反相器作為測量電路的基本單元，并由多個反相器構成一個測量環(huán)路。測量數(shù)據(jù)經(jīng)過ALU(ArithmeticLogicUnit)計算后存儲到芯片內(nèi)部的寄存器單元中，并通過內(nèi)部集成的一個SPI(Ser

2、ial Peripheral Interface)接口與芯片外部進行數(shù)據(jù)交互。 論文闡述了芯片的整體設計原理，并詳細介紹了各個模塊電路的工作原理。首先介紹了時間間隔測量芯片的核心電路——基于抽頭延遲線方法的振蕩環(huán)路，然后詳細介紹了SPI接口電路和寄存器電路的設計，所有電路都使用Hspice軟件進行仿真，仿真結果達到預期的設計目標。 芯片采用無錫上華公司的0.5μm、三層金屬、兩層多晶硅的N阱CMOS工藝進行了版圖設計，管

3、芯面積為7.15mm2，并在無錫上華成功流片。芯片采用40-DIP進行封裝，經(jīng)測試芯片的測量精度達到300ps，測量范圍為1μs-2.0ms，響應時間小于1ms，各項指標均達到了預期的設計目標。 由于采用反相器作為最小的延時單元，而該單元的延時嚴重依賴于加工工藝，因此采用單振蕩環(huán)路設計方法芯片的精度很難有大的提高，為了提高精度必須采用更加精細的加工工藝。為了得到更高的測量精度和減小測量精度對半導體加工工藝的依賴，可以采用差分延遲