阅读说明：本技术 计时电路、芯片、时间振幅转换器及其控制方法 (Timing circuit, chip, time-amplitude converter and control method thereof ) 是由 孙向明 高超嵩 郭迪 许怒 黄芳芳 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种计时电路、芯片、时间振幅转换器及其控制方法,其中该计时电路包括共源共栅电流镜模块、开关电路模块及充电计时模块；共源共栅电流镜模块的第一端接收基准电流,共源共栅电流镜模块的第一端与开关电路模块的第一端连接,开关电路模块的第二端与充电计时模块的第一端连接；共源共栅电流镜模块,用于对基准电流进行复制；开关电路模块,用于接收细计数使能信号,根据细计数使能信号控制是否对充电计时模块进行充电；充电计时模块,用于接收复位信号,根据复位信号进行复位,并根据基准电流进行充电计时。采用先复位一段时间再进行充电,经过一小段时间的复位,解决电荷重分配问题,提高时间振幅转换器的计时精度。(The invention discloses a timing circuit, a chip, a time-amplitude converter and a control method thereof, wherein the timing circuit comprises a cascode current mirror module, a switch circuit module and a charging timing module; the first end of the cascode current mirror module receives the reference current, the first end of the cascode current mirror module is connected with the first end of the switch circuit module, and the second end of the switch circuit module is connected with the first end of the charging timing module; the cascode current mirror module is used for copying reference current; the switch circuit module is used for receiving the fine counting enable signal and controlling whether the charging timing module is charged or not according to the fine counting enable signal; and the charging timing module is used for receiving the reset signal, resetting according to the reset signal and timing charging according to the reference current. The method comprises the steps of firstly resetting for a period of time and then charging, and resetting for a short period of time, so that the problem of charge redistribution is solved, and the timing precision of the time-amplitude converter is improved.)

计时电路、芯片、时间振幅转换器及其控制方法

技术领域

本发明涉及时序控制技术领域，特别涉及一种计时电路、芯片、时间振幅转换器及其控制方法。

背景技术

时间幅度转换器(Time-to-Amplitude Converter，TAC)，主要功能是测量皮秒量级的时间差。TAC的基本工作原理是用基准电流对电容充电，但是对电容充电很容易出现电荷分配的问题，而电荷分配的问题会严重影响到TAC的精度，在应用中会无法正确执行TAC的计时功能。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种计时电路、芯片、时间振幅转换器及其控制方法，旨在解决现有技术中时间幅度转换器计时精度不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的计时电路，包括共源共栅电流镜模块、开关电路模块及充电计时模块；

所述共源共栅电流镜模块的第一端接收基准电流，所述共源共栅电流镜模块的第一端与所述开关电路模块的第一端连接，所述开关电路模块的第二端与所述充电计时模块的第一端连接，所述充电计时模块的第二端接地，所述充电计时模块的第三端接收复位信号，所述开关电路模块的第三端接收细计数使能信号；

所述共源共栅电流镜模块，用于接收所述基准电流，对所述基准电流进行复制；

所述开关电路模块，用于接收细计数使能信号，根据所述细计数使能信号控制是否对所述充电计时模块进行充电；

所述充电计时模块，用于接收复位信号，根据所述复位信号进行复位，并根据所述基准电流进行充电计时。

优选地，所述共源共栅电流镜模块包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；

所述开关电路模块的第一端与所述第四MOS管的漏极连接，所述第四MOS管的栅极与所述第三MOS管的栅极连接，所述第四MOS管的源极与所述第二MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的源极与所述第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的漏极与所述第三MOS管的源极连接，所述充电计时模块的第一端与所述开关电路模块的第二端连接，所述第三MOS管的漏极接收所述基准电流。

优选地，所述开关电路模块包括第五MOS管；

所述第五MOS管的源极与所述第四MOS管的漏极连接，所述第五MOS管的漏极与所述充电计时模块的第一端连接，所述第五MOS管的栅极接收所述细计数使能信号。

优选地，所述充电计时模块包括电容；

所述电容的第一端与所述第五MOS管的漏极连接，所述电容的第二端接地。

优选地，所述充电计时模块还包括第六MOS管；

所述第六MOS管的漏极与所述电容的第一端连接，所述第六MOS管的源极与所述电容的第二端连接，所述第六MOS管的栅极接收复位信号。

本发明提出一种时间振幅转换器的控制方法，其基于计时电路，所述计时电路包括共源共栅电流镜模块、开关电路模块及充电计时模块；

所述的时间振幅转换器的控制方法包括以下步骤：

所述共源共栅电流镜模块接收基准电流，对所述基准电流进行复制；

所述开关电路模块接收细计数使能信号，根据所述细计数使能信号控制是否对所述充电计时模块进行充电；

所述充电计时模块接收复位信号，根据所述复位信号进行复位，并根据所述基准电流进行充电计时。

本发明还提出一种时间振幅转换器，所述时间振幅转换器包括如上文所述的计时电路。

本发明还提出一种芯片，所述芯片包括如上所述的时间振幅转换器，或者所述芯片应用如上文所述时间振幅转换器的控制方法。

本发明公开了一种计时电路，该计时电路包括共源共栅电流镜模块、开关电路模块及充电计时模块，所述共源共栅电流镜模块的第一端接收基准电流，所述共源共栅电流镜模块的第一端与所述开关电路模块的第一端连接，所述开关电路模块的第二端与所述充电计时模块的第一端连接，所述充电计时模块的第二端接地，所述共源共栅电流镜模块，用于接收所述基准电流，对所述基准电流进行复制，以实现对基准电流的准确复制，电流能力也不会减弱；所述开关电路模块，用于接收细计数使能信号，根据所述细计数使能信号控制是否对所述充电计时模块进行充电，所述充电计时模块，用于接收复位信号，根据所述复位信号进行复位，并根据所述基准电流进行充电计时，采用先复位一段时间再进行充电，经过一小段时间的复位，解决电荷重分配问题，提高时间振幅转换器的计时精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明计时电路第一实施例的功能模块图；

图2为本发明计时电路第二实施例的电路原理图；

图3为本发明计时电路第二实施例中第一时序图；

图4为本发明计时电路第二实施例中第二时序图；

图5为本发明计时电路第二实施例中第三时序图；

图6为本发明计时电路第二实施例中的控制时序图；

图7为本发明时间振幅转换器的控制方法第一实施例的流程图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	共源共栅电流镜模块	M1	第一MOS管
200	开关电路模块	M2	第二MOS管
				300	充电计时模块	M3	第三MOS管
C	电容	M4	第四MOS管
				M5	第五MOS管	M6	第六MOS管

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种计时电路。

参照图1，图1为本发明计时电路第一实施例的电路框图。

如图1所示，在本发明实施例中，所述计时电路，包括共源共栅电流镜模块100、开关电路模块200及充电计时模块300；

所述共源共栅电流镜模块100的第一端接收基准电流，所述共源共栅电流镜模块100的第一端与所述开关电路模块200的第一端连接，所述开关电路模块200的第二端与所述充电计时模块300的第一端连接，所述充电计时模块300的第二端接地，所述充电计时模块300的第三端接收复位信号，所述开关电路模块200的第三端接收细计数使能信号；

所述共源共栅电流镜模块100，用于接收所述基准电流，对所述基准电流进行复制；

所述开关电路模块200，用于接收细计数使能信号，根据所述细计数使能信号控制是否对所述充电计时模块300进行充电；

所述充电计时模块300，用于接收复位信号，根据所述复位信号进行复位，并根据所述基准电流进行充电计时。

应理解的是，如图1所示，IREF是基准电流，通过外部给出固定电流，实现电源在固定时间段内对电容的充电；当所述细计数使能信号CUR_CON为低时，所述开关电路模块200导通，电源就开始对所述充电计时模块300充电，所述充电计时模块300包括电容，即对所述充电计时模块300中的电容进行充电，当所述细计数使能信号CUR_CON为高时，所述开关电路模块200关断，外部电路开始对所述充电计时模块300中的电容两端的电压进行读出；RESET是复位信号，当外部电路对所述电容电压读出以后，所述复位信号为高，对所述充电计时模块300中的电容进行复位，等待下一次的充电计时。

本实施例中，所述共源共栅电流镜模块100，用于对所述基准电流进行复制，以实现对基准电流的准确复制，电流能力也不会减弱；所述充电计时模块300，用于接收复位信号，根据所述复位信号进行复位，并根据所述基准电流进行充电计时，采用先复位一段时间再进行充电，经过一小段时间的复位，解决电荷重分配问题，提高时间振幅转换器的计时精度。

参照图2，图2为本发明计时电路第二实施例的电路原理图。

如图2所示，在本发明实施例中，所述共源共栅电流镜模块100包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4；

所述开关电路模块200的第一端与所述第四MOS管M4的漏极连接，所述第四MOS管M4的栅极与所述第三MOS管M3的栅极连接，所述第四MOS管M4的源极与所述第二MOS管M2的漏极连接，所述第二MOS管M2的源极与所述第一MOS管M1的源极连接，所述第一MOS管M1的栅极与所述第二MOS管M2的栅极连接，所述第一MOS管M1的漏极与所述第三MOS管M3的源极连接，所述充电计时模块300的第一端与所述开关电路模块200的第二端连接，所述第三MOS管M3的漏极接收所述基准电流。

所述开关电路模块200包括第五MOS管M5；

所述第五MOS管M5的源极与所述第四MOS管M4的漏极连接，所述第五MOS管M5的漏极与所述充电计时模块300的第一端连接，所述第五MOS管M5的栅极接收所述细计数使能信号。

所述充电计时模块300包括电容C；

所述电容C的第一端与所述第五MOS管M5的漏极连接，所述电容C的第二端接地。

所述充电计时模块300还包括第六MOS管M6；

所述第六MOS管M6的漏极与所述电容C的第一端连接，所述第六MOS管M6的源极与所述电容C的第二端连接，所述第六MOS管M6的栅极接收复位信号。

需要说明的是，M1到M4构成的结构是共源共栅电流镜。目的是将外部给的IREF准确的复制到M4所在支路，当M5打开时对所述电容C进行充电。对于电流镜而言，由于器件都存在沟道长度调制效应，所以只有尽可能的增大L来使电流源更准确，但是这样的话器件的电流能力会减弱。总的来说，为了抑制沟道长度调制效应的影响，采用了所述共源共栅电流镜模块100的结构来进行电流复制，电流能力也不会减弱。所述第二MOS管M2的源极与所述第一MOS管M1的源极连接处，可向外提供电源AVDD，所述AVDD是模拟电压或者叫模拟正电源，是从芯片向外供电的。

在具体实现中，如图3所示，图3为本发明计时电路第二实施例中第一时序图，时钟信号CLK是外部参考时钟，某事件发生即为START信号，STOP终止信号是由外部给的，所述STOP是一个与参考时钟完全同步的信号，目的只是产生一个精细计数，细计数的部分为所述START信号的上升沿与其紧邻的下一个CLK的上升沿之间的时间差，剩余部分为粗计数，由计数器完成，所述计数器使能信号与CLK同步，计数器变换几次，就说明经过了几个时钟周期，最终粗计数部分Td＝计数次数*T，其中T为CLK时钟的周期。通过其他逻辑电路产生所述CUR_CON信号，即细计数的时间差，也就是对电容C充电的时间段，在这个时间段内，电容C上的电压缓慢增加，最终稳定于V。

可理解的是，关于细计数的计算：当START信号的上升沿与CLK上升沿一起到来时，如图4所示，图4为本发明计时电路第二实施例中第二时序图，细计数的时间最长，即为一整个时钟周期，电容C上的电压也达到最大值Vmax，则细计数时间为(V/Vmax)*T，其中T为CLK的周期。

在具体实现中，理性总是与现实不太符合，TAC在实际工作时时序并不像理论分析那么简单，如图5所示，图5为本发明计时电路第二实施例中第三时序图，在固定时间段内对所述电容C充电时，所述电容C上的电压并不是从0开始变化，而是即可上升到某一值，然后再在该值的基础上缓慢增加。由于细计数就是时间到电压幅度的转换，如果是这样变化，就会导致计时不准确，也就没有办法实现准确TAC的功能。

应理解的是，为了解决上述计时不准确的问题，我们提出了一种全新的时序控制，用过复位延时电路的控制，将所述RESET信号进行一定的延时之后，解决了上述计时不准确的问题，正确的实现了TAC的功能。其中，RESET延时电路模块没有特别要求，本实施例采取的是压控延时，可以通过电压来控制延时，有助于后期电路的设计与分析。

需要说明的是，之所以会出现上述计时不准确的问题是因为，所述CUR_CON为低时，M5管导通，电源开始对所述电容C充电，但是开关在打开的一瞬间，M5管的源级积累电荷与电容C上极板上的电荷不一致，此时就会有电荷重新分配的问题出现，由于电荷重分配导致所述电容C上的电压并不是从零开始变化。

在具体实现中，为了解决上述计时不准确的问题，提出了如图6所示的控制时序，图6为本发明计时电路第二实施例中的控制时序图。所述控制时序主要是让复位信号持续时间久一点，M5管导通后，并不是立即对所述电容C充电，而是先复位一段时间然后再进行充电，这样经过一小段时间的复位，就可以解决电荷重分配的问题，细计数就可以很准确。

需要说明的是，计算START和STOP之间的时间差，即细计数+粗计数，理论上来讲，当START信号逐渐靠近STOP信号时，整体时间差应该是线性减少，但是由于TAC部分电荷重分配的时序解决，会导致在周期性变化的时候会出现微弱的跳变，后期测试可通过刻度来解决，所以说虽然TAC并不是在一整个细计数时间差内对所述电容C充电，这也不影响后期时间的测量。

本实施例中，采用先复位一段时间再进行充电，经过一小段时间的复位，解决电荷重分配问题，提高时间振幅转换器的计时精度。

本发明还提出一种时间振幅转换器，该时间振幅转换器包括如上所述的计时电路，该计时电路的具体结构参照上述实施例，由于本时间振幅转换器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，时间振幅转换器可以是时序控制洗手器等设备。

基于上述时间振幅转换器，参照图7，图7为本发明时间振幅转换器的控制方法第一实施例的流程图；本发明还提出一种时间振幅转换器的控制方法第一实施例。

其基于计时电路，所述计时电路包括共源共栅电流镜模块、开关电路模块及充电计时模块；

所述的时间振幅转换器的控制方法包括以下步骤：

步骤S10：所述共源共栅电流镜模块接收基准电流，对所述基准电流进行复制；

步骤S20：所述开关电路模块接收细计数使能信号，根据所述细计数使能信号控制是否对所述充电计时模块进行充电；

步骤S30：所述充电计时模块接收复位信号，根据所述复位信号进行复位，并根据所述基准电流进行充电计时。

应理解的是，如图1所示，IREF是基准电流，通过外部给出固定电流，实现电源在固定时间段内对电容的充电；当所述细计数使能信号CUR_CON为低时，所述开关电路模块导通，电源就开始对所述充电计时模块充电，所述充电计时模块包括电容，即对所述充电计时模块中的电容进行充电，当所述细计数使能信号CUR_CON为高时，所述开关电路模块关断，外部电路开始对所述充电计时模块中的电容两端的电压进行读出；RESET是复位信号，当外部电路对所述电容电压读出以后，所述复位信号为高，对所述充电计时模块中的电容进行复位，等待下一次的充电计时。

本实施例中，所述共源共栅电流镜模块，用于对所述基准电流进行复制，以实现对基准电流的准确复制，电流能力也不会减弱；所述充电计时模块，用于接收复位信号，根据所述复位信号进行复位，并根据所述基准电流进行充电计时，采用先复位一段时间再进行充电，经过一小段时间的复位，解决电荷重分配问题，提高时间振幅转换器的计时精度。

此外，本发明还提出一种芯片，该芯片包括如上所述的时间振幅转换器，或者应用上述的时间振幅转换器的控制方法。易于理解的是，该芯片至少具有上述实施例所带来的有益效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。