基于多级放大结构的高速低功耗时间数字转换器设计

doi:10.13209/j.0479-8023.2017.145

北京大学学报（自然科学版） ›› 2018, Vol. 54 ›› Issue (2): 299-306.DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.145

基于多级放大结构的高速低功耗时间数字转换器设计

范传奇¹, 贾嵩^2,†, 王振宇¹, 严伟¹, 吴泽波¹

1. 北京大学软件与微电子学院, 北京 100871
2. 教育部微电子器件和电路重点实验室, 北京大学信息科学技术学院, 北京 100871

收稿日期:2016-12-16 修回日期:2017-03-13 出版日期:2018-03-20 发布日期:2018-03-20
通讯作者: 贾嵩, E-mail: jias(at)pku.edu.cn

Design of a High Speed Low Power Time-to-Digital Converter Based on Multi-stage Amplification Structure

FAN Chuanqi¹, JIA Song^2,†, WANG Zhenyu¹, YAN Wei¹, WU Zebo¹

1. School of Software and Microelectronics, Peking University, Beijing 100871
2. Key Laboratory of Microelectronics Devices and Circuits (MOE), School of Electronics Engineering and Computer Science, Peking University, Beijing 100871

Received:2016-12-16 Revised:2017-03-13 Online:2018-03-20 Published:2018-03-20
Contact: JIA Song, E-mail: jias(at)pku.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

提出一种多级放大时间数字转换器新型结构。该结构由粗测和细测组成, 粗测部分利用延时链得到小于一个延时单元的关键余量, 并设计了面积小、功耗低的关键余量选择逻辑。细测部分, 利用两倍时间放大器和过半判断器从高位到低位依次产生4位二进制码。在SMIC 65 nm工艺下仿真, 新型结构的分辨率为1.44 ps, 量程为736 ps, 转换速度可达470 MS/s, 在100 MHz频率下, 平均功耗仅为1.3 mW。对两倍时间放大器设计了校准电路, 提高了抵抗PVT的能力, 得到良好的积分非线性。

关键词: 时间数字转换器, 时间放大器, 高速, 低功耗

Abstract:

The authors present a time-to-digital converter based on multi-stage amplification structure. This structure consists of coarse stage and fine stage. Coarse stage utilizes delay line to get the residue which is less than a buffer’s delay. A small area and low power residue selecting logic is designed. In the fine stage, 2× time amplifier and half judger is utilized to generate 4 binary codes from MSB to LSB. Simulation in SMIC 65 nm process shows that the new structure has a high conversion speed up to 470 MS/s and power consumption is 1.3 mW at 100 MHz with the resolution of 1.44 ps and range of 736 ps. An accurate gain robust to PVT variation can be achieved with the calibration of the time amplifier, so a good integral nonlinearity is obtained.

Key words: time-to-digital converter, time amplifier, high speed, low power

中图分类号:

TN453

范传奇, 贾嵩, 王振宇, 严伟, 吴泽波. 基于多级放大结构的高速低功耗时间数字转换器设计[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2018, 54(2): 299-306.

FAN Chuanqi, JIA Song, WANG Zhenyu, YAN Wei, WU Zebo. Design of a High Speed Low Power Time-to-Digital Converter Based on Multi-stage Amplification Structure[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2018, 54(2): 299-306.

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://xbna.pku.edu.cn/CN/10.13209/j.0479-8023.2017.145

https://xbna.pku.edu.cn/CN/Y2018/V54/I2/299

[1]	姚永芳, 孙振旭, 刘文, 杨国伟. 高速列车受电弓气动噪声特性分析[J]. 北京大学学报自然科学版, 2020, 56(3): 385-398.
[2]	张奇惠, 曹健, 曹喜信, 于敦山, 张兴. 异步低功耗RSA电路结构的设计和实现[J]. 北京大学学报自然科学版, 2018, 54(6): 1351-1354.
[3]	钱泽斌, 严伟. 一种低资源数字抽取滤波器设计[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2018, 54(2): 315-319.
[4]	尚克明, 杜健, 孙振旭. 长大编组高速列车横风气动特性研究[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2016, 52(6): 977-984.
[5]	贾嵩,刘黎,李涛,李夏禹,王源,张钢刚. 单器件时钟负载限制竞争RAM锁存器设计[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2014, 50(4): 685-689.
[6]	唐文懿,贾嵩,徐鹤卿,孟庆龙,王源,张钢刚. 适用于低功耗SRAM的高速电流模式灵敏放大器[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2014, 50(4): 681-684.
[7]	胡子一,周?灏,陈岚,张旭,王腾,谢峥. 用于无线传感网的低功耗集成电路技术[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2014, 50(4): 664-674.
[8]	侯中原,刘军华,廖怀林,张兴. 用于北斗二代/GPS接收机的低功耗自动增益控制策略[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2014, 50(4): 627-631.
[9]	何媛,王骏成,魏康亮,刘晓彦. 基于环栅纳米线隧穿场效应晶体管的解析模型[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2014, 50(4): 786-790.
[10]	黄涛,王晶,王克义. 一种降低末级高速缓存污染的分阶段自适应动态插入策略[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2014, 50(2): 207-213.
[11]	王腾,谢峥,赵月明,王新安,胡子一,张旭. 面向医疗电子应用的16位RISC MCU设计与实现[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2013, 49(4): 552-562.
[12]	郭健,冯建华,叶红飞. 一种基于累积分布函数的抖动测量方法[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2012, 48(3): 381-385.
[13]	冯晓星, 王新安, 张兴, 葛彬杰. 一种具有新型时钟产生器的无源超高频 RFID 标签[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2011, 47(3): 404-410.
[14]	李玉文,张兴,蒋安平. 无线传感器网络节点中AES协处理器的设计[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2009, 45(3): 426-430.
[15]	乔华, 管武, 董明科, 项海格. LDPC码高速译码器的设计与实现[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2008, 44(3): 347-352.

基于多级放大结构的高速低功耗时间数字转换器设计

Design of a High Speed Low Power Time-to-Digital Converter Based on Multi-stage Amplification Structure

RichHTML

PDF

PDF (翻译版)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

留言