تحلیل و طراحی یک مبدل زمان به دیجیتال در حلقه قفل فاز دیجیتال

مبدل زمان به دیجیتال (tdc) یکی از بلوک های اصلی سازنده ی حلقه ی قفل فاز دیجیتال است که از آن برای اندازه گیری دقیق وقفه های زمانی و تبدیل آن ها به کد دیجیتال استفاده می شود. هدف این پایان نامه، بهبود عملکرد مبدل زمان به دیجیتال به لحاظ دقت، محدوده ی دینامیکی، تعداد طبقات بر سطوح، معیار شایستگی و تعداد بیت معادل نسبت به ساختارهای سنتی است. این پایان نامه به ارائه ی یک ساختار جدید به نام مبدل زمان به دیجیتال ورنیر سه بعدی اختصاص یافته است. ساختار سه بعدی با استفاده از ایده ی صفحه ورنیر و با سه خط تأخیر و سه صفحه ورنیر، تعداد سطوح کوانتیزیشن را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. بسته به این که هدف طراحی دستیابی به بهترین دقت ممکن یا بیشینه ی محدوده ی دینامیکی ممکن باشد، ساختار پیشنهادی را می توان به دو شکل متفاوت آرایش داد. به منظور ارزیابی کارامدی ایده ی پیشنهادی، دو نمونه از این مبدل و یک نمونه از مبدل دوبعدی ورنیر (ساختار مرجع) به کمک نرم افزار cadence و با فناوری 90 nm cmos شبیه سازی شده و پارامترهای مختلف آن ها با هم مقایسه شده است. در طراحی اول (طراحی شده برای دستیابی به بالاترین دقت) مبدل دقت 4.8 ps را با پوشش محدوده ی دینامیکی 854.4 ps به دست می دهد. در طراحی دوم (طراحی شده برای دستیابی به محدوده ی دینامیکی بیشینه) مبدل محدوده ی 1134 ps را با دقت 6 ps پوشش می دهد. مبدل پیشنهادی می تواند هم به لحاظ دقت و هم به لحاظ محدوده ی دینامیکی تحت پوشش نسبت به ساختارهای سنتی و به ویژه مبدل دوبعدی ورنیر عملکرد بهتری داشته باشد. از سویی پارامترهایی نظیر تعداد بیت معادل و معیار شایستگی نیز در این مبدل بهبود یافته است.