相位比較器及門(mén)控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供一種相位比較器及門(mén)控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，所述相位比較器包括：第一相位檢測(cè)單元、第二相位檢測(cè)單元、第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管及比較模塊。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的相位比較器體積較小，不會(huì)占用門(mén)控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的面積；同時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)所述相位比較器到輸出信號(hào)之間只需經(jīng)過(guò)大約4個(gè)門(mén)延時(shí)，測(cè)量精度較高，從而擴(kuò)展了其使用范圍及工作頻率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于電學(xué)
，特別是涉及一種相位比較器及門(mén)控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。
技術(shù)介紹
游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，是將微小的連續(xù)時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換為精確的數(shù)字輸出，一般可以測(cè)量的范圍在幾百皮秒量級(jí)，其分辨率能夠達(dá)到幾個(gè)皮秒。游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路廣泛應(yīng)用在科學(xué)研究和工程
，如高能物理中的粒子生命周期測(cè)量，激光探測(cè)距離，醫(yī)學(xué)生物成像，渡越時(shí)間(TOF)測(cè)量等等。進(jìn)一步研究游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，有利于持續(xù)提升時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的性能和應(yīng)用的推廣。傳統(tǒng)的門(mén)控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路整體結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。該電路結(jié)構(gòu)詳細(xì)給出了游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的各個(gè)模塊，包括相頻檢測(cè)器、模式判決器、多相計(jì)數(shù)器、寄存器、量化單元等。量化單元中的游標(biāo)型門(mén)控環(huán)形振蕩器(VernierGRO)，包括快速門(mén)控環(huán)形振蕩器、慢速門(mén)控環(huán)形振蕩器、相位比較器陣列。一般而言，快速門(mén)控環(huán)形振蕩器的單個(gè)延遲時(shí)間tf要大于慢速門(mén)控環(huán)形振蕩器的單個(gè)延遲時(shí)間ts。而且，快速門(mén)控環(huán)形振蕩器的輸入信號(hào)在時(shí)間上要超前于慢速門(mén)控環(huán)形振蕩器的輸入信號(hào)，這樣就可以使得快速門(mén)控環(huán)形振蕩器的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)延遲可以慢慢超過(guò)慢速環(huán)形振蕩器的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)量相同等級(jí)的延遲，假設(shè)為N級(jí)。因此，游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路所量化的時(shí)間間隔就是N(tf-ts)。量化精度即1LSB為(tf-ts)。比較快慢門(mén)控環(huán)形振蕩器上的相對(duì)應(yīng)信號(hào)在時(shí)間上的前后位置依賴(lài)于相位比較器，傳統(tǒng)的相位比較器電路，如圖2所示。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)奇數(shù)個(gè)反相器后與自身輸入作相與的邏輯運(yùn)算，可以提出輸入信號(hào)的上升沿，通過(guò)與門(mén)后面的觸發(fā)器來(lái)鎖定兩路信號(hào)中較先測(cè)得上升沿位置的那個(gè)輸入信號(hào)。換而言之，就是如果IN1上升沿早于IN2則輸出有0到1的翻轉(zhuǎn)，如果是IN2的上升沿早于IN1，那么輸出不會(huì)有0到1的翻轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的相位比較器所用的門(mén)電路較多，對(duì)于大的相位比較器陣列會(huì)占用很大的面積，而且輸入信號(hào)的上升沿到輸出信號(hào)之間要經(jīng)過(guò)將近8個(gè)門(mén)延時(shí)，這一問(wèn)題極大限制了傳統(tǒng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的測(cè)量精度和使用范圍，工作頻率等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種相位比較器及門(mén)控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的門(mén)控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路中的相位比較器由于門(mén)電路較多而導(dǎo)致的體積較大，會(huì)占用門(mén)控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路較大面積的問(wèn)題，及由于輸入信號(hào)到輸入信號(hào)之間要經(jīng)過(guò)將近8個(gè)門(mén)延時(shí)而導(dǎo)致的測(cè)量精度較低，影響其使用范圍及工作頻率的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種相位比較器，所述相位比較器包括：第一相位檢測(cè)單元，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端及輸出端；所述第一相位檢測(cè)單元的第一輸入端與第一待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第一相位檢測(cè)單元的第二輸入端與第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第一相位檢測(cè)單元的第三輸入端與電源電壓相連接；所述第一相位檢測(cè)單元適于檢測(cè)所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿；第二相位檢測(cè)單元，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端及輸出端；所述第二相位檢測(cè)單元的第一輸入端與第二待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第二相位檢測(cè)單元的第二輸入端與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第二相位檢測(cè)單元的第三輸入端與電源電壓相連接；所述第二相位檢測(cè)單元適于檢測(cè)所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿；第一開(kāi)關(guān)管，與所述第一相位檢測(cè)單元的輸出端及所述電源電壓相連接，適于在所述第一復(fù)位信號(hào)作用時(shí)關(guān)斷；第二開(kāi)關(guān)管，與所述第二相位檢測(cè)單元的輸出端及所述電源電壓相連接，適于在所述第一復(fù)位信號(hào)作用時(shí)關(guān)斷；比較模塊，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端及輸出端，所述比較模塊的第一輸入端與所述第一開(kāi)關(guān)管相連接，所述比較模塊的第二輸入端與所述第二開(kāi)關(guān)管相連接，所述比較模塊的第三輸入端與電源電壓相連接，所述比較模塊的第四輸入端與第二復(fù)位信號(hào)相連接；所述比較模塊適于在所述第二復(fù)位信號(hào)作用時(shí)輸出為高電平，并適于將檢測(cè)到的所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿及第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿進(jìn)行比較，當(dāng)所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述比較模塊的輸出端保持高電平，當(dāng)所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述比較模塊的輸出端從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平。作為本專(zhuān)利技術(shù)的相位比較器的一種優(yōu)選方案，所述第一相位檢測(cè)單元包括：第一PMOS管，所述第一PMOS管的柵極與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第一PMOS管的源極與所述電源電壓相連接；第一NMOS管，所述第一NMOS管的柵極與所述第一待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第一NMOS管的漏極與所述第一PMOS管的漏極均與所述第一開(kāi)關(guān)管相連接；第二NMOS管，所述第二NMOS管的柵極與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第二NMOS管的漏極與所述第一NMOS管的源極相連接，所述第二NMOS管的源極接地。作為本專(zhuān)利技術(shù)的相位比較器的一種優(yōu)選方案，所述第二相位檢測(cè)單元包括：第二PMOS管，所述第二PMOS管的柵極與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第一PMOS管的源極與所述電源電壓相連接；第三NMOS管，所述第三NMOS管的柵極與所述第二待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第三NMOS管的漏極與所述第二PMOS管的漏極均與所述第二開(kāi)關(guān)管相連接；第四NMOS管，所述第四NMOS管的柵極與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第四NMOS管的漏極與所述第三NMOS管源極相連接，所述第四NMOS管的源極接地。作為本專(zhuān)利技術(shù)的相位比較器的一種優(yōu)選方案，所述第一開(kāi)關(guān)管為PMOS管，所述第一開(kāi)關(guān)管的柵極與所述第一相位檢測(cè)單元相連接，所述第一開(kāi)關(guān)管的源極與所述電源電壓相連接，所述第一開(kāi)關(guān)管的漏極與所述比較模塊相連接。作為本專(zhuān)利技術(shù)的相位比較器的一種優(yōu)選方案，所述第二開(kāi)關(guān)管為PMOS管，所述第二開(kāi)關(guān)管的柵極與所述第二相位檢測(cè)單元相連接，所述第二開(kāi)關(guān)管的源極與所述電源電壓相連接，所述第二開(kāi)關(guān)管的漏極與所述比較模塊相連接。作為本專(zhuān)利技術(shù)的相位比較器的一種優(yōu)選方案，所述比較模塊包括：觸發(fā)器，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，所述觸發(fā)器的第一輸入端與所述第一開(kāi)關(guān)管相連接，所述觸發(fā)器的第二輸入端與所述第二開(kāi)關(guān)管相連接；所述觸發(fā)器適于將檢測(cè)到的所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿及第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿進(jìn)行比較，當(dāng)所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述觸發(fā)器的輸出端輸出為低電平，當(dāng)所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述觸發(fā)器的輸出端輸出為高電平；反相器單元，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，所述第一輸入端與所述電源電壓相連接，所述第二輸入端與所述觸發(fā)器的輸出端相連接，所述反相器單元的輸出端即為所述比較模塊的輸出端；復(fù)位單元，包括輸入端及輸出端，所述復(fù)位單元的輸入端與所述第二復(fù)位信號(hào)相連接，所述復(fù)位單元的輸出端與所述反相器單元的第二輸入端相連接；所述復(fù)位單元適于在所述第二復(fù)位信號(hào)作用時(shí)導(dǎo)通，使得所述比較模塊輸出為高電平。作為本專(zhuān)利技術(shù)的相位比較器的一種優(yōu)選方案，所述觸發(fā)器包括：第三PMOS管、第四PMOS管、第五NMOS管及第六NMOS管；所述第三PMOS管的源極與所述第一開(kāi)關(guān)管相連接，所述第三PMOS管的漏極與所述第五NMOS管的漏極相連接后與所述反相器單元、所述復(fù)位單元、所述第四PMOS管的柵極及所述第六NMOS管的柵極相連接，所述第三P本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種相位比較器，其特征在于，所述相位比較器包括：第一相位檢測(cè)單元，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端及輸出端；所述第一相位檢測(cè)單元的第一輸入端與第一待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第一相位檢測(cè)單元的第二輸入端與第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第一相位檢測(cè)單元的第三輸入端與電源電壓相連接；所述第一相位檢測(cè)單元適于檢測(cè)所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿；第二相位檢測(cè)單元，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端及輸出端；所述第二相位檢測(cè)單元的第一輸入端與第二待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第二相位檢測(cè)單元的第二輸入端與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第二相位檢測(cè)單元的第三輸入端與電源電壓相連接；所述第二相位檢測(cè)單元適于檢測(cè)所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿；第一開(kāi)關(guān)管，與所述第一相位檢測(cè)單元的輸出端及所述電源電壓相連接，適于在所述第一復(fù)位信號(hào)作用時(shí)關(guān)斷；第二開(kāi)關(guān)管，與所述第二相位檢測(cè)單元的輸出端及所述電源電壓相連接，適于在所述第一復(fù)位信號(hào)作用時(shí)關(guān)斷；比較模塊，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端及輸出端，所述比較模塊的第一輸入端與所述第一開(kāi)關(guān)管相連接，所述比較模塊的第二輸入端與所述第二開(kāi)關(guān)管相連接，所述比較模塊的第三輸入端與電源電壓相連接，所述比較模塊的第四輸入端與第二復(fù)位信號(hào)相連接；所述比較模塊適于在所述第二復(fù)位信號(hào)作用時(shí)輸出為高電平，并適于將檢測(cè)到的所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿及第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿進(jìn)行比較，當(dāng)所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述比較模塊的輸出端保持高電平，當(dāng)所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述比較模塊的輸出端從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種相位比較器，其特征在于，所述相位比較器包括：第一相位檢測(cè)單元，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端及輸出端；所述第一相位檢測(cè)單元的第一輸入端與第一待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第一相位檢測(cè)單元的第二輸入端與第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第一相位檢測(cè)單元的第三輸入端與電源電壓相連接；所述第一相位檢測(cè)單元適于檢測(cè)所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿；第二相位檢測(cè)單元，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端及輸出端；所述第二相位檢測(cè)單元的第一輸入端與第二待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第二相位檢測(cè)單元的第二輸入端與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第二相位檢測(cè)單元的第三輸入端與電源電壓相連接；所述第二相位檢測(cè)單元適于檢測(cè)所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿；第一開(kāi)關(guān)管，與所述第一相位檢測(cè)單元的輸出端及所述電源電壓相連接，適于在所述第一復(fù)位信號(hào)作用時(shí)關(guān)斷；第二開(kāi)關(guān)管，與所述第二相位檢測(cè)單元的輸出端及所述電源電壓相連接，適于在所述第一復(fù)位信號(hào)作用時(shí)關(guān)斷；比較模塊，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端及輸出端，所述比較模塊的第一輸入端與所述第一開(kāi)關(guān)管相連接，所述比較模塊的第二輸入端與所述第二開(kāi)關(guān)管相連接，所述比較模塊的第三輸入端與電源電壓相連接，所述比較模塊的第四輸入端與第二復(fù)位信號(hào)相連接；所述比較模塊適于在所述第二復(fù)位信號(hào)作用時(shí)輸出為高電平，并適于將檢測(cè)到的所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿及第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿進(jìn)行比較，當(dāng)所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述比較模塊的輸出端保持高電平，當(dāng)所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述比較模塊的輸出端從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位比較器，其特征在于：所述第一相位檢測(cè)單元包括：第一PMOS管，所述第一PMOS管的柵極與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第一PMOS管的源極與所述電源電壓相連接；第一NMOS管，所述第一NMOS管的柵極與所述第一待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第一NMOS管的漏極與所述第一PMOS管的漏極均與所述第一開(kāi)關(guān)管相連接；第二NMOS管，所述第二NMOS管的柵極與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第二NMOS管的漏極與所述第一NMOS管的源極相連接，所述第二NMOS管的源極接地。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位比較器，其特征在于：所述第二相位檢測(cè)單元包括：第二PMOS管，所述第二PMOS管的柵極與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第一PMOS管的源極與所述電源電壓相連接；第三NMOS管，所述第三NMOS管的柵極與所述第二待檢測(cè)信號(hào)相連接，所述第三NMOS管的漏極與所述第二PMOS管的漏極均與所述第二開(kāi)關(guān)管相連接；第四NMOS管，所述第四NMOS管的柵極與所述第一復(fù)位信號(hào)相連接，所述第四NMOS管的漏極與所述第三NMOS管源極相連接，所述第四NMOS管的源極接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位比較器，其特征在于：所述第一開(kāi)關(guān)管為PMOS管，所述第一開(kāi)關(guān)管的柵極與所述第一相位檢測(cè)單元相連接，所述第一開(kāi)關(guān)管的源極與所述電源電壓相連接，所述第一開(kāi)關(guān)管的漏極與所述比較模塊相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位比較器，其特征在于：所述第二開(kāi)關(guān)管為PMOS管，所述第二開(kāi)關(guān)管的柵極與所述第二相位檢測(cè)單元相連接，所述第二開(kāi)關(guān)管的源極與所述電源電壓相連接，所述第二開(kāi)關(guān)管的漏極與所述比較模塊相連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位比較器，其特征在于：所述比較模塊包括：觸發(fā)器，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，所述觸發(fā)器的第一輸入端與所述第一開(kāi)關(guān)管相連接，所述觸發(fā)器的第二輸入端與所述第二開(kāi)關(guān)管相連接；所述觸發(fā)器適于將檢測(cè)到的所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿及第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿進(jìn)行比較，當(dāng)所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述觸發(fā)器的輸出端輸出為低電平，當(dāng)所述第二待檢測(cè)信號(hào)的上升沿早于所述第一待檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)，所述觸發(fā)器的輸出端輸出為高電平；反相器單元，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，所述第一輸入端與所述電源電壓相連接，所述第二輸入端與所述觸發(fā)器的輸出端相連接，所述反相器單元的輸出端即為所述比較模塊的輸出端；復(fù)位單元，包括輸入端及輸出端，所述復(fù)位單元的輸入端與所述第二復(fù)位信號(hào)相連接，所述復(fù)位單元的輸出端與所述反相器單元的第二輸入端相連接；所述復(fù)位單元適于在所述第二復(fù)位信號(hào)作用時(shí)導(dǎo)通，使得所述比較模塊輸出為高電平。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相位比較器，其特征在于：所述觸發(fā)器包括：第三PMOS管、第四PMOS管、第五NMOS管及第六NMOS管；所述第三PMOS管的源極與所述第一開(kāi)關(guān)管相連接，所述第三PMOS管的漏極與所述第五NMOS管的漏極相連接后與所述反相器單元、所述復(fù)位單元、所述第四PMOS管的柵極及所述第六NMOS管的柵極相連接，所述第三PMOS管的柵極與所述第五NMOS管的柵極相連接后與所述第四PMOS管的漏極及所述第六NMOS管的漏極相連接，所述第五NMOS管的源極接地；所述第四PMOS管的源極與所述第二開(kāi)關(guān)管相連接，所述第四PMOS管的漏極與所述第六NMOS管的漏極相連接后與所述第三PMOS管的柵極、所述第五NMOS管的柵極、所述反相器單元及所述復(fù)位單元相連接，所述第四PMOS管的柵極與所述第六NMOS管的柵極相連接后與所述第三PMOS管的漏極、所述第五NMOS管的漏極及所述復(fù)位單元相連接，所述第六NMOS管的源極接地。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相位比較器，其特征在于：所述反相器單元包括第一反相器，所述第一反相器包括第五PMOS管及第七NMOS管；所述第五PMOS管的源極與所述電源電壓相連接，所述第五PMOS管的柵極與所述第七NMOS管的柵極連接后與所述觸發(fā)器相連接，所述第五PMOS管的漏極與所述第七NMOS管的漏極相連接后共同作為所述比較模塊的輸出端；所述第七NMOS管的源極接地。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的相位比較器，其特征在于：所述反相器單元還包括第二反相器，所述第二反相器包括第...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：汪輝，黃景林，章琦，汪寧，田犁，葉匯賢，黃尊愷，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31