طراحی یک مبدل زمان به دیجیتال پایپ لاین

مفهوم اندازه گیری زمان نقش مهمی در قسمت های مختلفی از علم و فناوری چون ابزارهای اندازه گیری، فیزیک، قفل کننده های فاز دیجیتال و همچنین در دمدولاتورها و مبدل های داده ایفا می کنند. مبدل های زمان به دیجیتال که عملیات اندازه گیری و تبدیل بازه ی زمانی به خروجی دیجیتال را انجام می دهند، معمولا شامل دو بخش می شوند: بخش اول که مقدار زمان های بزرگ را اندازه گیری می کند و به طور معمول از یک شمارنده ساخته می شود؛ و بخش دیگر که مقادیر زمانی را با تفکیک بالا اندازه گیری می کند. از مشخصه های مهم یک مبدل زمان به دیجیتال می توان به قدرت تفکیک اندازه گیری، دقت اندازه گیری، بیشینه ی محدوده ی اندازه گیری ورودی، مشخصه های غیرخطی بودن و زمان مرده (یا سرعت نمونه برداری) اشاره کرد. در طی سال ها، پژوهش های زیادی برای بهینه سازی و ارائه ی روش های اندازه گیری نوین صورت پذیرفته است. روش های متعددی برای اندازه گیری و تبدیل زمان به کلمه دیجیتال، بر پایه روش های آنالوگ و دیجیتال ارائه شده است. تبدیل "زمان به دامنه" و "کشش زمانی" روش-های مطرح آنالوگ برای تبدیل زمان به دیجیتال می باشند. "خطوط تاخیر" و روش هایی که بر اساس "اصل ورنیر" طراحی می شوند، برای پیاده سازی های دیجیتالی این مبدل ها بکار گرفته می شوند. در این پایان نامه، روش جدیدی برای اندازه گیری زمان از ترکیب دو روش "پایپ لاین" و "تقریبات متوالی" پیشنهاد شده است. مبدل پیشنهادی از 8 طبقه متوالی تشکیل شده است که در هرکدام از این طبقات یک مقایسه صورت می گیرد. مقایسه ی زمانی بر اساس الگوریتم تقریبات متوالی انجام می شود؛ به این صورت که مقایسه در طبقه اول، با مقدار نیمی از محدوده زمان ورودی، و در طبقه بعدی با یک چهارم این مقدار صورت می پذیرد. به همین ترتیب، این مقایسه ها ادامه می یابد تا بیت های مورد نیاز را بدست آوریم. یک طراحی از این مبدل برای بررسی کارایی آن انجام و بوسیله ی افزاره های cmos در فناوری ?m0.18 شرکت tsmc شبیه سازی شده است. مبدل زمان به دیجیتال ارائه شده، زمان ورودی را با نرخ 500 مگاهرتز به 8 بیت دیجیتال تبدیل می کند. برای تبدیل فاصله زمانی ورودی تا 1.684 نانو ثانیه با قدرت تفکیک 6.57 پیکو ثانیه، در حدود 7.8 میلی وات توان مصرف می شود.