一种200 MS/s的多事件时间差（TDC）测量系统，采用基于门控DLL（Gate-DLL）的粗/细转换机制以及事件驱动的相位编码技术，适用于距离测量（d-ToF）应用

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A 200-MS/s Multi-Event TDC With Gated-DLL-Based Coarse/Fine Conversion and Event-Driven Phase Encoding for d-ToF Applications

　　

摘要：

本文介绍了一种多通道、多事件的时间到数字转换器（TDC），该转换器采用了高度可扩展的架构，专为使用大规模单光子雪崩二极管（SPAD）阵列的直接飞行时间（d-ToF）光检测和测距（LiDAR）传感器设计。所提出的TDC具有超低死时间事件仲裁机制，结合了门控延迟锁定环（DLL）和事件驱动的相位编码方案，能够同时进行粗略和精细的时间测量，并保持高转换率，从而最小化捕获事件之间的死时间。17个TDC通道之间的共享架构显著减少了芯片面积和功耗。此外，所提出的超低死时间粗略和精细转换技术确保了在高光子通量条件下传感器的高吞吐量。该TDC采用180纳米CMOS技术制造，在100 MHz的低参考时钟频率下，实现了10 ns的粗略时间和156.25 ps的精细时间分辨率，覆盖了2.56微秒的动态范围。测得的粗略和精细转换率分别为600 MS/s和200 MS/s，从而获得了高达42.64 fJ/mm2的可扩展性指标（FoM），这是专为d-ToF应用设计的TDC中最高的指标。最坏情况下的差分非线性（DNL）和积分非线性（INL）分别为0.13 LSB和-0.09 LSB。