具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

结合图2以及图3，本发明提供的一种基于传输线行波量化的超高速时间编码器，该超高速时间编码器与时间转换器相连，该超高速时钟编码器包括：时钟驱动电路、传输线阻抗匹配单元、差分时钟传输线、多个延时量化单元、时钟树传输单元以及数字编码电路；

其中，时钟驱动电路输入端接入一对固定时钟信号，时钟驱动电路的输出端与差分时钟传输线一端相连，时钟驱动电路输出一对延迟时钟信号，差分时钟传输线的另一端与传输线阻抗匹配单元相连，时钟树传输单元接入时间转换器输出的VTC输出的第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN，输出端连接每一个延迟量化单元，延迟量化单元的每一个输出端连接至数字编码电路；传输线阻抗匹配单元包括两个可调电阻，每个可调电阻一端连接一根差分时钟传输线，另一端接入电源地，用于实现差分时钟传输线的阻抗匹配。其中，一对固定时钟信号为第一时钟信号CLK_TLINEP，以及第二时钟信号CLK_TLINEM，一对固定时钟信号形成差分。固定时钟信号CLK_TLINE的频率f_tline设置为采样保持时钟CLK_SH的频率f_sh的两倍。固定时钟信号是频率以及幅值保持不变的时钟信号。一对延迟时钟信号为第一延迟时钟信号CLK_P及第二延迟时钟信号CLK_M。由于一对延迟时钟信号传输至差分时钟传输线线上，第一延迟时钟信号在图中标记为Tline_p，第二延迟时钟信号在图4中标记为Tline_m。

传输线时钟驱动电路包括两个晶体管、两个电阻以及一个电流源，每个晶体管的漏极分别连接一个电阻，两个电阻未连接晶体管一端连接在一起接入电压VDD，两个晶体管的源极连接在一起后接入电流源的正端，电流源的负端接入电源地，每个晶体管的栅极各自输入一个固定时钟信号，每个晶体管的漏极各自的输出连接一根差分时钟传输线上。

时钟树传输单元，将VTC输出的第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN的上升沿传输至多个延迟量化单元；

每个延迟量化单元，在第一差分时钟传输线传输的第一延迟时钟信号CLK_P到来时，对第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN进行第一次采样，并在第二差分时钟传输线传输的第二延迟时钟信号CLK_M到来时，对第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN进行第二次采样，并输出至数字编码电路；

其中，差分时钟传输线包括内部结构相同的第一差分时钟传输线以及第二差分时钟传输线，延迟量化单元的个数由超高速时间编码器的精度决定。

示例性的，当TDC的精度为8位精度时，其延迟量化单元的个数为128个。

其中，数字编码电路可以对每个延迟量化单元的输出进行对应编码，转换为二进制编码输出的结果。

结合图2以及图3，本发明中运用传统VTC模块将模拟电压域输入信号转换为具有延时差的时间域信号。该过程分为三个阶段，第一阶段为：采样保持电路，将输入的模拟域差分输入信号根据采样时钟CLK_SH进行采样，将信号Vin+和Vin-(其中定义Vin+和Vin-之间的电压差值为ΔV)分别保存于CAP_P和CAP_N，使得电容器件CAP_P和CAP_N的上极电压值V+和V-等于模拟输入电压VIP和VIN；第二阶段为：电流镜(IDC_P和IDC_N)组成的放电支路对CAP_P和CAP_N进行线性放电，使V+和V-在时钟CLK_VTC高电平期间线性下降；第三阶段为：阈值检测电路对电压V+和V-进行过阈值检测，产生有时间差ΔT的两个上升沿TCD_OUTP和TCD_OUTN，其中由于电容线性放电，故时间差ΔT与输入电压差ΔV成线性比例关系。

参考图4，本发明的TDC模块主要由时钟驱动电路、传输线阻抗匹配单元、差分时钟传输线、多个延时量化单元、时钟树传输单元以及数字编码电路组成。依据VTC输出信号TCD_OUTP和TCD_OUTN之间的时间差ΔT，本发明设计相匹配的差分时钟传输线，用于传输基准延迟，使得延迟量化单元对比传输线中的基准延时进行量化，输出对应的数字码，再由数字编码电路转化为二进制进行输出。

参考图4，延迟基准传输线中自上而下，上面的传输线为第一延迟基准传输线，下面的为第二延迟基准传输线。

参考图4中的延迟量化单元，每个延迟量化单元包括两个D触发器以及一个异或门，其中一个D触发器的时钟端连接时钟树传输单元传输的第一输出信号TCD_OUTP中的时钟信号，另一个D触发器的时钟端连接时钟树传输单元传输的第二输出信号TCD_OUTP中的时钟信号，两个D触发器的数据端同时连接第一时钟差分传输线以及第二时钟差分传输线，两个D触发器的输出端接入异或门，异或门的输出接入数字编码单元。

参考图5，在图5左侧为差分时钟传输线的横切面，右侧为差分时钟传输线的内部俯视图，时钟线的最外侧为屏蔽层(防护层shieid)内侧为金属层，第一差分时钟传输线与第二差分时钟传输线之间的第一间距、每个差分时钟传输线的内部金属层与屏蔽层之间的第二间距、差分时钟传输线的线宽与时间差ΔT呈正相关，时间差ΔT为第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN之间的时间差；

其中，假定第一差分时钟传输线Spine_clkp和第二差分时钟传输线Spine_clkm之间的第一距离，转化为寄生电容C1，寄生电感为L1。每个差分时钟传输线内部防护层与金属层之间第二距离转换为寄生电容C2，将线宽转化为寄生电容C3，由上述可知无损传输线中波速计算如下：

假定第一差分时钟传输线的第Tap_p<n>端口和Tap_p<n+1>端口之间传输线距离为L_tline，所以可以计算两个TAP口之间传输延时为：

差分输入信号经采样保持电路后，则电容CAP_P的上极板电压为Vip，电容的CAP_N的电容上极板的电压为Vin，在CLK_VTC使能后，电流源IDC_P和IDC_N对电容CAP_P和电容CAP_N分别进行均匀放电，其中电流源IDC_P和IDC_N为i_dc。所以电容极板电压变化如图6所示，当电压下降到阈值，检测电路的阈值点V_th，产生TCD_OUTP和TCD_OUTM两个脉冲信号，

其中第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN之间的时间差ΔT为：

maxΔT＝2^a-1·t_delay

由此，a是TDC的精度，当ΔT最大时，输入VIP和VIN的差值最大，求解第一距离、第二距离以及线宽。

参考图7，其中对于差分时钟传输线中波形传输如图7所示，时间差为ΔT的两个TCD_OUTP和TCD_OUTN上升沿由时钟树传输单元运输至128个相位差延迟量化分院PD作为两次采样时钟输入；延迟量化单元根据两次采样的相位差进行数字编码。由于传输线设计为半波长传输线，所以假定T＝0时刻，传输线各个端口输出全为1，即{Tap<0>,Tap<1>,…,Tap<126>,Tap<128>}＝{11…11}，而在传输线时钟半个周期后t＝Ttline/2，半波长传输线各端口输出全为0，即{Tap<0>,Tap<1>,…,Tap<126>,Tap<128>}＝{00…00}，而中间状态已波形由Tap<n>传输到Tap<n+1>为一个标准化时间间隔。所以依据TCD输出信号TCD_OUTP和TCD_OUTN为两次采样时钟，产生两组数字码值，而两次数字码变化的个数即为输入信号之间间隔。

本发明提供的一种基于传输线行波量化的超高速时间编码器，通过设计差分时钟传输线作为延迟基准，将固定时钟信号的频率设置为采样保持频率的两倍，将TCD输出两个上升沿TCD_OUTP和TCD_OUTN之间的时间差ΔT通过放电通路控制在0～π/f_tline范围内，从而当时间差ΔT小于传输线上相邻输出口TAP之间的行波传输时间，则相位差检测输出则为全0数字码，而当时间差ΔT等于π/f_tline，则两次相位差检测电路输入相差180°，故输出为全1数字码，其中输出数字码1的数量和时间差ΔT的差值成线性正比，从而实现以传输线延时为基准的TDC量化编码方式。

实施例二

本发明提供的一种基于传输线行波量化的编码方法，使用实施例一的超高速时间编码器，编码方法包括：

步骤一：基于时间转换器输出的VTC输出的第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN之间的时间差ΔT，确定差分时钟传输线的参数；

其中，参数包括：第一差分时钟传输线与第二差分时钟传输线之间的第一间距、每个差分时钟传输线的内部金属层与屏蔽层之间的第二间距以及差分时钟传输线的线宽；

步骤二：在参数确定后的差分时钟传输线传输延迟时钟信号时，获得每个延迟量化单元，在第一差分时钟传输线传输的第一延迟时钟信号CLK_P到来时，对第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN进行第一次采样，并在第二差分时钟传输线传输的第二延迟时钟信号CLK_M到来时，对第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN进行第二次采样，数字编码电路对每个延迟量化单元的输出进行对应编码，转换为二进制编码输出的结果。

基于时间转换器输出的VTC输出的第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN之间的时间差ΔT，确定差分时钟传输线的参数包括：

步骤一：基于时间转换器输出的VTC输出的第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN之间的时间差ΔT；

步骤二：在时间差ΔT中确定最大值；

步骤三：基于最大值、超高速时间编码器的精度，确定每个差分时钟传输线上连接相邻延迟量化单元端口的传输时延；

步骤四：基于传输时延，确定差分时钟传输线的参数。

其中，假定第一差分时钟传输线Spine_clkp和第二差分时钟传输线Spine_clkm之间的第一距离，转化为寄生电容C1，寄生电感为L1。每个差分时钟传输线内部防护层与金属层之间第二距离转换为寄生电容C2，将线宽转化为寄生电容C3，由上述可知无损传输线中波速计算如下：

假定第一差分时钟传输线的第Tap_p<n>端口和Tap_p<n+1>端口之间传输线距离为L_tline，所以可以计算两个TAP口之间传输延时为：

差分输入信号经采样保持电路后，则电容CAP_P的上极板电压为Vip，电容的CAP_N的电容上极板的电压为Vin，在CLK_VTC使能后，电流源IDC_P和IDC_N对电容CAP_P和电容CAP_N分别进行均匀放电，其中电流源IDC_P和IDC_N为i_dc。所以电容极板电压变化如图7所示，当电压下降到阈值，检测电路的阈值点V_th，产生TCD_OUTP和TCD_OUTM两个脉冲信号，

其中第一输出信号TCD_OUTP和第二输出信号TCD_OUTN之间的时间差ΔT为：

maxΔT＝2^a-1·t_delay

由此，a是TDC的精度，当ΔT最大时，输入VIP和VIN的差值最大，求解第一距离、第二距离以及线宽。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。