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JP2012175598A - Time-to-digital conversion device - Google Patents

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JP2012175598A
JP2012175598A JP2011037902A JP2011037902A JP2012175598A JP 2012175598 A JP2012175598 A JP 2012175598A JP 2011037902 A JP2011037902 A JP 2011037902A JP 2011037902 A JP2011037902 A JP 2011037902A JP 2012175598 A JP2012175598 A JP 2012175598A
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Abstract

【課題】時間デジタル変換装置のダイナミックレンジを広くする。
【解決手段】第1の信号に応答して、所定の周期で繰返される第1のパルスの生成を開始する第1のパルス列生成部と、前記第1の信号に応答して、前記第1のパルスのカウントを開始するカウンタ回路と、入力端子が互いに接続され更にクロック端子が互いに接続される複数の遅延フリップフロップを有するストキャスティック型時間デジタル変換装置とを含み、第2の信号が入力する時の前記カウンタ回路のカウント数に基づく第1の時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出する。
【選択図】図1
A dynamic range of a time digital converter is widened.
In response to a first signal, a first pulse train generator for starting generation of a first pulse repeated at a predetermined cycle; and in response to the first signal, the first pulse A counter circuit that starts counting pulses, and a stochastic time-to-digital converter having a plurality of delay flip-flops whose input terminals are connected to each other and whose clock terminals are connected to each other, and when the second signal is input The first time based on the count number of the counter circuit is detected as a time difference between the first signal and the second signal.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、時間デジタル変換装置に関する。   The present invention relates to a time digital conversion apparatus.

時間デジタル変換装置(Time-to-Digital Converter、以下、TDCと呼ぶ)は、入力信号の時間差をデジタル信号に変換する装置である。このような時間デジタル変換装置としては、種々のタイプが提案されている。   A time-to-digital converter (hereinafter referred to as TDC) is a device that converts a time difference between input signals into a digital signal. Various types of such time digital conversion devices have been proposed.

例えば、複数の遅延回路が縦列接続された一対の遅延線を有し、この一対の遅延線の伝搬遅延の差を利用して入力信号の時間差を検出する時間デジタル変換装置が提案されている。他の時間デジタル変換装置としては、例えば、並列に接続された多数の遅延フリップフロップを有し、各遅延フリップフロップの応答のばらつきを利用して入力信号の時間差を検出するStochastic型TDCが提案されている。   For example, a time digital conversion device has been proposed that has a pair of delay lines in which a plurality of delay circuits are connected in cascade, and detects a time difference between input signals using a difference in propagation delay between the pair of delay lines. As another time digital conversion device, for example, a Stochastic type TDC having a large number of delay flip-flops connected in parallel and detecting the time difference of the input signal using variation in the response of each delay flip-flop has been proposed. ing.

T. Hashimoto, H. Yamazaki, A. Muramatsu, T. Sato and A. Inoue, "Time-to-Digital Converter with Vernier Delay Mismatch Compensation for High Resolution On-Die Clock Jitter Measurement", Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp. 166-167, 2008.T. Hashimoto, H. Yamazaki, A. Muramatsu, T. Sato and A. Inoue, "Time-to-Digital Converter with Vernier Delay Mismatch Compensation for High Resolution On-Die Clock Jitter Measurement", Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp. 166-167, 2008. S. Pellerano, P. Madoglio, and Y. Palaskas, "A 4.75-GHz Fractional Frequency Divider-by-1.25 With TDC-Based All-Digital Spur Calibration in 45-nm CMOS,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 44, No. 12, pp. 3422-3433, Dec. 2009.S. Pellerano, P. Madoglio, and Y. Palaskas, "A 4.75-GHz Fractional Frequency Divider-by-1.25 With TDC-Based All-Digital Spur Calibration in 45-nm CMOS," IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 44, No. 12, pp. 3422-3433, Dec. 2009.

時間デジタル変換装置が検出する時間差の領域は、測定方法により大きく異なる。例えば、一対の遅延線を用いる時間デジタル変換装置は、ピコ秒領域の時間差を測定する。一方、遅延フリップフロップを用いるStochastic型時間TDCは、フェムト秒領域の時間差を測定する。   The area of the time difference detected by the time digital converter varies greatly depending on the measurement method. For example, a time digital converter using a pair of delay lines measures a time difference in the picosecond region. On the other hand, Stochastic type time TDC using a delay flip-flop measures the time difference in the femtosecond region.

これら従来の時間デジタル変換装置には、ダイナミックレンジ(測定値の最大値と最小値の比)が高々3桁程度であるという問題がある。そこで、本発明の課題は、このような問題を解決することである。   These conventional time-to-digital converters have a problem that the dynamic range (ratio between the maximum value and the minimum value of the measurement value) is at most about three digits. Therefore, an object of the present invention is to solve such a problem.

上記の問題を解決するために、本装置の一観点によれば、第1の信号に応答して、所定の周期で繰返される第1のパルスの生成を開始する第1のパルス列生成部と、前記第1の信号に応答して、前記第1のパルスのカウントを開始するカウンタ回路と、と、入力端子が互いに接続され更にクロック端子が互いに接続される複数の遅延フリップフロップを有するストキャスティック型時間デジタル変換装置とを含み、第2の信号が入力する時の前記カウンタ回路のカウント数に基づく第1の時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出する時間デジタル変換装置が提供される。   In order to solve the above problem, according to one aspect of the present apparatus, in response to the first signal, a first pulse train generation unit that starts generating a first pulse repeated at a predetermined period; A stochastic type having a counter circuit that starts counting the first pulse in response to the first signal, and a plurality of delay flip-flops having input terminals connected to each other and clock terminals connected to each other A time-to-digital converter that detects a first time based on a count number of the counter circuit when a second signal is input as a time difference between the first signal and the second signal. An apparatus is provided.

本装置によれば、時間デジタル変換装置のダイナミックレンジを広くすることができる。   According to this apparatus, the dynamic range of the time digital conversion apparatus can be widened.

実施の形態1の時間デジタル変換装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a time digital conversion device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1のTDCの動作を説明するフローチャートである。3 is a flowchart for explaining the operation of the TDC according to the first embodiment. 第1のパルスのカウント数に基づく時間差の測定手順を説明するフローチャ―トである。6 is a flowchart for explaining a time difference measurement procedure based on the count number of the first pulse. 第1のパルスのカウント数に基づく時間差の測定手順を説明するタイムチャ―トである。It is a time chart for explaining the measurement procedure of the time difference based on the count number of the first pulse. 第1の誤差の検出手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detection procedure of the 1st error. 第1の誤差の検出手順を説明するタイムチャ―トである(その1)。It is a time chart for explaining the first error detection procedure (part 1). 第1の誤差の検出手順を説明するタイムチャ―トである(その2)。It is a time chart explaining the detection procedure of the 1st error (the 2). 第1の誤差の検出手順を説明するタイムチャ―トである(その3)。It is a time chart explaining the detection procedure of the 1st error (the 3). 立ち下がりエッジが誤差測定用の隣接パルスとして検出される場合を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the case where a falling edge is detected as an adjacent pulse for error measurement. 第2の誤差の検出手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detection procedure of the 2nd error. 第2の誤差の検出手順を説明するタイムチャ―トである。It is a time chart explaining the detection procedure of the 2nd error. 最近接エッジを説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the nearest edge. 実施の形態2のTDCの構成図である。6 is a configuration diagram of a TDC according to Embodiment 2. FIG. 第1および第2の遅延回路の一例を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining an example of the 1st and 2nd delay circuit. 第1の遅延回路ユニットの初段の可変遅延回路の一例を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining an example of the variable delay circuit of the first stage of a 1st delay circuit unit. 第1および第2の反転遅延回路の一例を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining an example of the 1st and 2nd inversion delay circuit. STDCの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of STDC. STDCの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of STDC. STDCの特性を説明する図である。It is a figure explaining the characteristic of STDC. 実施の形態2における第1の誤差の検出手順を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a first error detection procedure in the second embodiment. 隣接エッジの検出手順を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the detection procedure of an adjacent edge. 誤差検出用の隣接エッジの検出に用いられるルックアップテーブルである。It is a look-up table used for detection of adjacent edges for error detection. 実施の形態2における第2の誤差の検出手順を説明するフローチャートである。12 is a flowchart for explaining a second error detection procedure in the second embodiment. 実施の形態2における第2の誤差の検出手順を説明するタイムチャートである。10 is a time chart illustrating a second error detection procedure in the second embodiment. 実施の形態2における第3の誤差の検出手順を説明するフローチャ―トである。10 is a flowchart for explaining a third error detection procedure in the second embodiment. 実施の形態3のTDCの構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a TDC according to a third embodiment. 実施の形態3の第1の遅延回路(可変遅延回路を除く)の一例を説明する回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of a first delay circuit (excluding a variable delay circuit) according to a third embodiment. 実施の形態3の第1の反転遅延回路が有する正転遅延部の一例を説明する回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of a normal rotation delay unit included in a first inversion delay circuit according to a third embodiment. 実施の形態3の時間デジタル変換装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a time digital conversion device according to a third embodiment. 実施の形態3のTDCの動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the TDC according to the third embodiment. 第4の誤差検出手順を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the 4th error detection procedure. 実施の形態5のTDCの構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a TDC according to a fifth embodiment. 実施の形態5における誤差検出ステップを説明するタイムチャートである。10 is a time chart for explaining an error detection step in the fifth embodiment.

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding part even if drawings differ, The description is abbreviate | omitted.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態の時間デジタル変換装置(TDC)2の構成図である。TDC2は、図1に示すように、第1のパルス列生成部4と、第2のパルス列生成部6と、カウンタ回路8と、誤差検出部10とを有している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a time digital conversion device (TDC) 2 according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 1, the TDC 2 includes a first pulse train generation unit 4, a second pulse train generation unit 6, a counter circuit 8, and an error detection unit 10.

第1のパルス列生成部4は、第1の信号に応答して、所定の周期T(例えば、10〜10,000ps)で繰り返される第1のパルスの生成を開始する装置である。更に、第1のパルス列生成部4は、第1のパルスと共に、第1のパルスより所定の遅延時間ずつ遅れて立ち上がる複数の遅延パルスを繰り返し生成する装置である。第2のパルス列生成部6は、第2の信号に応答して、上記所定の周期T(例えば、10〜10,000ps)で繰り返される第2のパルスの生成を開始する装置である。カウンタ回路8は、第1の信号に応答して、第1のパルスのカウントを開始する装置である。誤差検出部10は、第2の信号が入力する時のカウンタ回路8のカウント数に基づく時間を第1の信号と第2の信号の時間差として検出し、算出した時間差と実際の時間差との誤差を検出する装置である。   The first pulse train generator 4 is a device that starts generating a first pulse that is repeated at a predetermined period T (for example, 10 to 10,000 ps) in response to a first signal. Furthermore, the first pulse train generation unit 4 is a device that repeatedly generates a plurality of delay pulses that rise with a predetermined delay time from the first pulse together with the first pulse. The second pulse train generator 6 is a device that starts generating a second pulse that is repeated at the predetermined period T (for example, 10 to 10,000 ps) in response to a second signal. The counter circuit 8 is a device that starts counting the first pulse in response to the first signal. The error detection unit 10 detects a time based on the count number of the counter circuit 8 when the second signal is input as a time difference between the first signal and the second signal, and an error between the calculated time difference and the actual time difference. Is a device for detecting

図2は、本実施の形態のTDC2の動作を説明するフローチャートである。図3は、第1のパルスのカウント数に基づく時間差の測定手順(S2)を説明するフローチャートである。図4は、第1のパルスのカウント数に基づく時間差測定の手順(S2)を説明するタイムチャ―トである。図4には、第1の信号12および第2の信号14のレベル変化と、第1のパルス16および第2のパルス26のレベル変化と、カウンタ回路8の出力変化(カウント数の変化)18が示されている。尚、第1のパルス16および第2のパルス26の左側には、それぞれのパルスが出力される信号線の符号が示されている。   FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the TDC 2 of the present embodiment. FIG. 3 is a flowchart for explaining the time difference measurement procedure (S2) based on the count number of the first pulse. FIG. 4 is a time chart for explaining the time difference measurement procedure (S2) based on the count number of the first pulse. In FIG. 4, the level change of the first signal 12 and the second signal 14, the level change of the first pulse 16 and the second pulse 26, and the output change (change in the number of counts) 18 of the counter circuit 8. It is shown. Note that, on the left side of the first pulse 16 and the second pulse 26, reference numerals of signal lines to which the respective pulses are output are shown.

―第1のパルスのカウント数に基づく時間差測定―
第1の信号12が第1の入力端子20に入力すると、第1のパルス列生成部4は、図4に示すように、第1の信号12の立ち上がるエッジRE12に応答して、所定の周期Tで繰り返される第1のパルス16の生成を開始する(図3のS12)。生成された第1のパルス16は、第1の信号線VS0に出力される。この時、第1の信号12の先頭部分H12は、最初に生成される第1のパルス16aの先頭部分H16として出力される。カウンタ回路8は、この第1の信号12の先頭部分H12に応答して、第1のパルス16のカウント18を開始する(S14)。尚、カウンタ回路8は、第1のパルス16の立ち上がりエッジをカウントする。
-Time difference measurement based on the first pulse count-
When the first signal 12 is input to the first input terminal 20, the first pulse train generator 4 responds to the rising edge RE12 of the first signal 12 as shown in FIG. The generation of the first pulse 16 repeated in step S12 is started (S12 in FIG. 3). The generated first pulse 16 is output to the first signal line V S0 . At this time, the head portion H12 of the first signal 12 is output as the head portion H16 of the first pulse 16a generated first. The counter circuit 8 starts counting 18 of the first pulse 16 in response to the head portion H12 of the first signal 12 (S14). The counter circuit 8 counts rising edges of the first pulse 16.

第2の信号14が第2の入力端子22に入力すると、第2のパルス列生成部6は、第2の信号14の立ち上がりエッジRE14に応答して、第1のパルス16の周期と実質的に同じ周期Tで繰り返される第2のパルス26の生成を開始する。生成された第2のパルス26は、第5の信号線Vに出力される(S18)。第2の信号14の先頭部分H14は、最初に生成される第2のパルス26aの先頭部分H26として出力される。カウンタ回路8は、この第2の信号14の先頭部分H14に応答して、第1のパルス16のカウントを停止する(S16)。カウンタ回路8は、この時のカウント数N0(第2の信号14が入力する時のカウント数)を保持する。 When the second signal 14 is input to the second input terminal 22, the second pulse train generator 6 responds to the rising edge RE 14 of the second signal 14 and substantially has the period of the first pulse 16. The generation of the second pulse 26 repeated at the same period T is started. Second pulse 26 generated is output to the fifth signal line V r (S18). The leading portion H14 of the second signal 14 is output as the leading portion H26 of the second pulse 26a that is generated first. The counter circuit 8 stops counting the first pulse 16 in response to the head portion H14 of the second signal 14 (S16). The counter circuit 8 holds the count number N0 (the count number when the second signal 14 is input) at this time.

次に、TDC2は、カウンタ回路8に保持されているカウント数N0に基づく第1の時間t(=(N0−1)×T)を、第1のパルス12と第2のパルス14の時間差として算出する(S20)。例えば、カウンタ回路8のカウント数N0が3で第1のパルス16の周期Tが200psの場合、TDC2は、第1のパルス12と第2のパルス14の時間差として、400ps(=(3−1)×200 ps)を算出する。 Next, the TDC 2 calculates the first time t 0 (= (N0−1) × T) based on the count number N 0 held in the counter circuit 8 as the time difference between the first pulse 12 and the second pulse 14. (S20). For example, when the count number N0 of the counter circuit 8 is 3 and the period T of the first pulse 16 is 200 ps, the time difference between the first pulse 12 and the second pulse 14 is 400 ps (= (3-1 ) × 200 ps).

第1の時間tは、誤算検出部10が有する演算機能を用いて算出される。但し、誤算検出部10とは別に演算機能を有する演算部を設けて、第1の時間tを算出してもよい。後述する他の演算処理についても同様である。尚、信号(または、パルス)の時間差とは、それぞれの信号の立ち上がりエッジ内の所定の時点(例えば、信号が50%立ち上がる中間点)の時間差のことである。また、第2の信号14は、図4に示すように、第1の信号12の後に立ち上がる信号である。 The first time t 0 is calculated using the calculation function of the miscalculation detection unit 10. However, the miscalculation detector 10 separately provided calculation unit having a computing function, it may calculate the first time t 0. The same applies to other arithmetic processing described later. Note that the time difference between signals (or pulses) is the time difference between predetermined points in the rising edge of each signal (for example, an intermediate point where the signal rises 50%). The second signal 14 is a signal that rises after the first signal 12 as shown in FIG.

以上の例では、第1のパルス12のカウント数は一桁である。しかし、カウンタ回路8は、容易に数桁(例えば、4桁以上)のパルスをカウントすることができる。従って、本実施の形態によれば、第1のパルス12と第2のパルス14との時間差のダイナミックレンジを、容易に広くすることができる。   In the above example, the count number of the first pulse 12 is one digit. However, the counter circuit 8 can easily count pulses of several digits (for example, four digits or more). Therefore, according to the present embodiment, the dynamic range of the time difference between the first pulse 12 and the second pulse 14 can be easily widened.

ところで、図4に示すように、第1のパルス12と第2のパルス14の時間差Δと第1の時間tは、第1の残余時間tover1分異なっている(Δ=t+tover1)。次に、誤差検出部10は、この第1の残余時間tover1に略等しい時間を、第1の誤差として検出する。 Incidentally, as shown in FIG. 4, the time difference Δ between the first pulse 12 and the second pulse 14 and the first time t 0 are different by the first remaining time t over1 (Δ = t 0 + t over1 ). Next, the error detection unit 10 detects a time substantially equal to the first remaining time t over1 as a first error.

―第1の誤差の検出―
図5は、第1の誤差の検出手順(図2のS4)を説明するフローチャートである。図6乃至8は、第1の誤差の検出手順(S4)を説明するタイムチャ―トである。図6には、第1の信号12、第2の信号14、第1のパルス16、および第2のパルス26が示されている。
-First error detection-
FIG. 5 is a flowchart for explaining the first error detection procedure (S4 in FIG. 2). 6 to 8 are time charts illustrating the first error detection procedure (S4). In FIG. 6, a first signal 12, a second signal 14, a first pulse 16, and a second pulse 26 are shown.

上述したように、第1のパルス列生成部4は、第1の信号12の立ち上がりエッジRE14に応答して、所定の周期Tで繰り返される第1のパルス16の生成を開始する(図3のS12)。同様に、第2のパルス列生成部6は、第2の信号14の立ち上がりエッジRE14に応答して、第1のパルス16と実質的に同じ周期Tで繰り返される第2のパルス26の生成を開始する(図3のS18)。従って、第1のパルス16と第2のパルス26の時間差t’over1は、第2の信号14が立ち上がる直前に生成が開始される第1のパルス16bと第2の信号14の時間差である第1の残余時間tover1と実質的に同じである。誤差検出部10は、この時間差t’over1を利用して、第1の誤差を検出する。 As described above, in response to the rising edge RE14 of the first signal 12, the first pulse train generator 4 starts generating the first pulse 16 repeated at a predetermined period T (S12 in FIG. 3). ). Similarly, in response to the rising edge RE14 of the second signal 14, the second pulse train generation unit 6 starts generating the second pulse 26 that is repeated at substantially the same period T as the first pulse 16. (S18 in FIG. 3). Therefore, the time difference t ′ over1 between the first pulse 16 and the second pulse 26 is the time difference between the first pulse 16b and the second signal 14 that are generated immediately before the second signal 14 rises. It is substantially the same as the remaining time t over1 of 1. The error detection unit 10 detects the first error by using this time difference t′over1 .

第1のパルス列生成部4は、図7に示すように、第1のパルス16と共に、第1のパルス16より所定の遅延時間tずつ遅れて立ち上がる複数の遅延パルス28a〜28cを繰り返し生成する。生成された第1〜第3の遅延パルス28a,28b,28cは、それぞれ第2〜第4の信号線VS1,VS2,VS3に出力される(図1参照)。尚、図7の各パルス列の左端には、それぞれが出力される信号線が示されている。 As illustrated in FIG. 7, the first pulse train generation unit 4 repeatedly generates a plurality of delay pulses 28 a to 28 c that rise with a delay time t d from the first pulse 16 together with the first pulse 16. . The generated first to third delay pulses 28a, 28b, and 28c are output to the second to fourth signal lines V S1 , V S2 , and V S3 , respectively (see FIG. 1). In addition, the signal line which each outputs is shown at the left end of each pulse train of FIG.

図8は、図7の破線で囲われた領域を拡大した図である。誤差検出部10は、第1のパルス16および第1〜第3の遅延パルス28a〜28cの立ち上りエッジRE0〜RE3および立下りエッジFE0〜FE3の中で、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26に隣接する隣接エッジを検出する(S22)。ここで、第1のエッジに第2のエッジが隣接するとは、一方のエッジが発生してから他方エッジが発生するまでの間に第3のエッジが発生しないことをいう。図8に示す例では、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26に隣接するエッジは、第2の遅延パルス28bの立ち上がりエッジRE2と第3の遅延パルス28cの立ち上がりエッジRE3である。   FIG. 8 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line in FIG. The error detection unit 10 sets the rising edge RE26 of the second pulse 26 among the rising edges RE0 to RE3 and the falling edges FE0 to FE3 of the first pulse 16 and the first to third delay pulses 28a to 28c. Adjacent adjacent edges are detected (S22). Here, the phrase “the second edge is adjacent to the first edge” means that the third edge does not occur between the occurrence of one edge and the occurrence of the other edge. In the example shown in FIG. 8, the edges adjacent to the rising edge RE26 of the second pulse 26 are the rising edge RE2 of the second delay pulse 28b and the rising edge RE3 of the third delay pulse 28c.

誤差検出部10は、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26に隣接する一対の隣接エッジRE2,RE3のうち先に立ち上がる隣接エッジRE2を、誤差測定用の隣接エッジNEとして検出する(図5のS22)。   The error detection unit 10 detects the adjacent edge RE2 that rises first out of the pair of adjacent edges RE2 and RE3 adjacent to the rising edge RE26 of the second pulse 26 as the adjacent edge NE for error measurement (S22 in FIG. 5). ).

誤差検出部10は、検出した隣接エッジNEと第1のパルス16の立ち上がるエッジRE0との時間差tを、第1の誤差として検出する(S24)。例えば、隣接エッジNEが立ち上がりエッジの場合、誤差検出部10は、立ち上りエッジRE0〜RE3の中で隣接エッジNEが立ち上がる順番Nf1に基づいて、第1のパルス16と隣接エッジNEの時間差t(=(Nf1−1)×t)を算出する。図8の例では、隣接エッジNEが立ち上がる順番は3番目である。従って、遅延時間tが50psの場合、第1の誤差tは100ps(=(3−1)×50ps)である。 Error detecting unit 10, a time difference t 1 between the detected and the adjacent edge NE edge RE0 rising of the first pulse 16 is detected as the first error (S24). For example, when the adjacent edge NE is a rising edge, the error detection unit 10 determines the time difference t 1 between the first pulse 16 and the adjacent edge NE based on the order Nf1 in which the adjacent edge NE rises among the rising edges RE0 to RE3. = (Nf1-1) × t d ) is calculated. In the example of FIG. 8, the order in which the adjacent edge NE rises is the third. Accordingly, when the delay time t d is 50 ps, the first error t 1 is 100 ps (= (3-1) × 50 ps).

図9は、立ち下がりエッジFE0〜FE3が誤差測定用の隣接パルスNEとして検出される場合を説明するタイムチャートである。図9の例では、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26に、第1の遅延パルス28aの立ち下がりエッジFE1と第2の遅延パルス28bの立ち下がりエッジFE2が隣接している。誤差検出部10は、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26に隣接する一対のエッジFE1,FE2のうち先に立ち下がる隣接エッジFE1を、誤差測定用の隣接エッジNEとして検出する(図5のS22)。誤差検出部10は、第1のパルス16の立ち上がりエッジRE0とこの隣接エッジNEとの時間差tを、第1の誤差として算出(検出)する(S24)。 FIG. 9 is a time chart for explaining a case where the falling edges FE0 to FE3 are detected as adjacent pulses NE for error measurement. In the example of FIG. 9, the falling edge FE1 of the first delay pulse 28a and the falling edge FE2 of the second delay pulse 28b are adjacent to the rising edge RE26 of the second pulse 26. The error detection unit 10 detects the adjacent edge FE1 that falls first among the pair of edges FE1 and FE2 adjacent to the rising edge RE26 of the second pulse 26 as the adjacent edge NE for error measurement (S22 in FIG. 5). ). Error detecting unit 10, a time difference t 1 between the adjacent edges NE rising edge RE0 Toko of the first pulse 16, calculates (detects) that the first error (S24).

ところで、本実施の形態では、先に立ち上がる(または後に立ち下がる)隣接エッジが誤差検出用の隣接エッジNEとして検出される。しかし、第2のパルス26の立ち上りエッジRE26に隣接する一対の隣接エッジのうち後に立ち上がる(または立ち下がる)隣接エッジを誤差測定用の隣接エッジとしてもよい。この場合、第2の残余時間tover2は負の値になる。 By the way, in the present embodiment, the adjacent edge rising first (or falling later) is detected as the adjacent edge NE for error detection. However, an adjacent edge that rises (or falls) after a pair of adjacent edges adjacent to the rising edge RE26 of the second pulse 26 may be used as an error measurement adjacent edge. In this case, the second remaining time t over2 becomes a negative value.

図8および9に示すように、第1の誤差tは、第1の残余時間tover1(=t’over1)と第2の残余時間tover2分異なっている(従って、Δ=t+t+tover2)。次に、誤差検出部10は、この第2の残余時間tover2に略等しい時間を、第2の誤差として検出する。 As shown in FIGS. 8 and 9, the first error t 1, the first remaining time t OVER1 and (= t 'over1) are different from the second remaining time t Over2 min (thus, Δ = t 0 + t 1 + t over2 ). Next, the error detection unit 10 detects a time substantially equal to the second remaining time t over2 as a second error.

―第2の誤差の検出―
図10は、第2の誤差の検出手順(図2のS6)を説明するフローチャートである。図11は、第2の誤差の検出手順(S6)を説明するタイムチャ―トである。誤差検出部10は、第1のパルス列生成部4を制御して、図11に示すように、誤差検出用の隣接エッジNEを有する隣接パルス30を、第2のパルス26に向かって所定のシフト時間tfずつシフトさせる(図10のS32)。誤差検出部10は、この隣接パルス30のシフトと並行して、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26と隣接エッジNEとの時間差を測定する。
-Detection of second error-
FIG. 10 is a flowchart for explaining the second error detection procedure (S6 in FIG. 2). FIG. 11 is a time chart for explaining the second error detection procedure (S6). The error detection unit 10 controls the first pulse train generation unit 4 to shift the adjacent pulse 30 having the error detection adjacent edge NE by a predetermined shift toward the second pulse 26 as shown in FIG. Shift by time tf (S32 in FIG. 10). The error detector 10 measures the time difference between the rising edge RE26 of the second pulse 26 and the adjacent edge NE in parallel with the shift of the adjacent pulse 30.

次に、誤差検出部10は、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26と隣接エッジNEとの時間差の絶対値が所定のシフト時間tfの半分以下になる時の隣接パルス31のシフト回数N2に基づく時間tを第2の誤差として検出する(S34)。例えば、図11の例では、隣接パルス30のシフト回数N2は7回である。従って、シフト時間tfが1psの場合、第2の誤差t(=N2×Tf)は7psになる。 Next, the error detection unit 10 is based on the number of shifts N2 of the adjacent pulse 31 when the absolute value of the time difference between the rising edge RE26 of the second pulse 26 and the adjacent edge NE is equal to or less than half the predetermined shift time tf. detecting a time t 2 as a second error (S34). For example, in the example of FIG. 11, the number of shifts N2 of the adjacent pulse 30 is seven. Therefore, when the shift time tf is 1 ps, the second error t 2 (= N2 × Tf) is 7 ps.

図12は、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26との時間差33bの絶対値が所定のシフト時間tfの半分以下になる隣接エッジNNE(以下、最近接エッジと呼ぶ)を説明するタイムチャートである。図12には、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26を追い越す直前および直後の隣接パルス30a,30bが示されている。ここで、第2のパルス26を追い越した直後の隣接パルス30bは、追い越す直前の隣接パルス30aをシフト時間tf分シフトさせたパルスである。従って、第2のパルス26を追い越す直前および直後の一対の隣接パルス30a,30bの一方のエッジと第2のパルス26の立ち上りエッジRE26との時間差(例えば、時間差33a)の絶対値は、tfの半分以上になる。一方、他方のエッジと第2のパルス26の立ち上りエッジRE26との時間差(例えば、時間差33b)の絶対値は、tfの半分以下になる。第2の誤差tは、このような最近接エッジNNEを用いて検出される。 FIG. 12 is a time chart for explaining an adjacent edge NNE (hereinafter referred to as the nearest edge) in which the absolute value of the time difference 33b from the rising edge RE26 of the second pulse 26 is equal to or less than half of the predetermined shift time tf. . FIG. 12 shows adjacent pulses 30a and 30b immediately before and after the rising edge RE26 of the second pulse 26 is overtaken. Here, the adjacent pulse 30b immediately after overtaking the second pulse 26 is a pulse obtained by shifting the adjacent pulse 30a immediately before overtaking by the shift time tf. Therefore, the absolute value of the time difference (for example, the time difference 33a) between one edge of the pair of adjacent pulses 30a and 30b immediately before and after the second pulse 26 and the rising edge RE26 of the second pulse 26 is tf More than half. On the other hand, the absolute value of the time difference (for example, time difference 33b) between the other edge and the rising edge RE26 of the second pulse 26 is equal to or less than half of tf. Second error t 2 is detected by using such a nearest edge NNE.

ところで、図11に示すように、第2の誤差tは、第2の残余時間tover2と第3の残余時間tover3(<0)分異なっている。誤差検出部10は、下記第3の誤差検出手順において、この第3の残余時間tover3を第3の誤差として検出する。 Meanwhile, as shown in FIG. 11, the second error t 2 includes a second remaining time t Over2 third remaining time t Over3 are different (<0) minutes. The error detection unit 10 detects the third remaining time t over3 as a third error in the third error detection procedure described below.

図11に示した例では、一対の隣接エッジRE2,RE3のうち先に立ち上がる隣接エッジRE2を有する隣接パルス28b(図8参照)を、第2のパルス26に向かってシフトさせている。しかし、後に立ち上がる隣接エッジRE3を有する隣接パルス28cを、第2のパルス26に向かってシフトされて、第2の誤差tを検出させてもよい。 In the example shown in FIG. 11, the adjacent pulse 28 b (see FIG. 8) having the adjacent edge RE <b> 2 rising first among the pair of adjacent edges RE <b> 2 and RE <b> 3 is shifted toward the second pulse 26. However, the adjacent pulses 28c having adjacent edges RE3 which rises after, is shifted towards the second pulse 26, may be detecting a second error t 2.

或いは、第2のパルス26の立ち上りエッジRE26に隣接する立下りエッジFE1,FE2のうち先に(または後)に立ち下がる隣接エッジFE1(またはFE2)を有する隣接パルスを、第2のパルス26に向かってシフトさせてもよい(図9参照)。   Alternatively, an adjacent pulse having an adjacent edge FE1 (or FE2) falling earlier (or later) among the falling edges FE1 and FE2 adjacent to the rising edge RE26 of the second pulse 26 is set as the second pulse 26. You may shift toward (refer FIG. 9).

―第3の誤差の検出―
次に、誤差検出部10は、第2のパルスの立ち上りエッジRE26と最近接エッジNNEの時間差tover3を、第3の誤差として検出する(図2のS8)。
-Detection of third error-
Next, the error detector 10 detects the time difference t over3 between the rising edge RE26 of the second pulse and the nearest edge NNE as a third error (S8 in FIG. 2).

第3の誤差tの検出には、例えば、Stochastic型TDC等の極短時間測定器(図示せず)を用いる。この極短時間測定器の測定レンジ(測定可能範囲)の幅は、シフト時間tfが好ましい。但し、極短時間測定器の測定レンジは、シフト時間tf以上で第1〜第3の遅延パルス28a〜28cの遅延時間t以下であってもよい。 The detection of the third error t 3, for example, Stochastic type TDC such a very short time measuring device (not shown) is used. The width of the measurement range (measurable range) of this very short time measuring device is preferably the shift time tf. However, pole measurement range short measuring instrument may be a delay time of the first to third delay pulse 28a~28c in shift time tf or t d less.

―広レンジ時間差の算出―
最後に、誤差検出部10は、カウンタ回路8のカウント数に基づく第1の時間t、第1の誤差t、第2の誤差t、および第3の誤差tに基づく時間(=t+t+t+t)を、第1の信号12と第2の信号14との時間差として算出する(図2のS10)。
―Calculation of wide range time difference―
Finally, the error detection unit 10 uses the first time t 0 based on the count number of the counter circuit 8, the first error t 1 , the second error t 2 , and the time based on the third error t 3 (= t 0 + t 1 + t 2 + t 3 ) is calculated as a time difference between the first signal 12 and the second signal 14 (S10 in FIG. 2).

例えば、カウンタ回路8のカウント数に対応する時間t、第1の誤差t、第2の誤差t、および第3の誤差tがそれぞれ400ps、100ps、7ps、および216fsとすると、誤差検出部10は、第1の信号12と第2の信号14の時間差Δとして507.216psを算出する。この場合、時間差測定のダイナミックレンジは10である。このダイナミックレンジは、従来のTDCのダイナミックレン(10程度)より格段に広い。しかも、カウンタ回路8の最大カウント数を大きくすることで、第1の時間tの桁数を多くすることは容易である。従って、本TDC2のダイナミックレンジを更に広くすることは容易である。 For example, if the time t 0 , the first error t 1 , the second error t 2 , and the third error t 3 corresponding to the count number of the counter circuit 8 are 400 ps, 100 ps, 7 ps, and 216 fs, respectively, the error The detection unit 10 calculates 507.216 ps as the time difference Δ between the first signal 12 and the second signal 14. In this case, the dynamic range of the time difference measurement is 10 6 . This dynamic range is much wider than that of a conventional TDC dynamic range (about 10 3 ). Moreover, it is easy to increase the number of digits of the first time t 0 by increasing the maximum count number of the counter circuit 8. Therefore, it is easy to further widen the dynamic range of the present TDC2.

ところで、以上の例では、誤差検出部10は、全ての測定値(t、t、t、およびt)に基づいて、第1の信号12と第2の信号14との時間差Δを算出している。しかし、測定値の一部を用いて、第1の信号12と第2の信号14との時間差を算出してもよい。例えば、カウンタ回路8のカウント数に基づく第1の時間tを、第1の信号と第2の信号の時間差として算出してもよい。この場合、第2のパルス列生成部6は設けずに、第2の信号14が入力する第2の入力部22を直接カウンタ回路8に接続してもよい。同様に、第1の時間tと第1の誤差tに基づく第2の時間(=t+t)を、第1の信号と第2の信号の時間差として算出してもよい。更に、第2の時間と第2の誤差に基づく第3の時間(=t+t+t)を、第1の信号と第2の信号の時間差として算出してもよい。以下の実施の形態においても、同様である。 By the way, in the above example, the error detection unit 10 determines the time difference Δ between the first signal 12 and the second signal 14 based on all the measured values (t 0 , t 1 , t 2 , and t 3 ). Is calculated. However, the time difference between the first signal 12 and the second signal 14 may be calculated using a part of the measured value. For example, the first time t 0 based on the count number of the counter circuit 8 may be calculated as the time difference between the first signal and the second signal. In this case, the second pulse train generation unit 6 may not be provided, and the second input unit 22 to which the second signal 14 is input may be directly connected to the counter circuit 8. Similarly, a second time (= t 0 + t 1 ) based on the first time t 0 and the first error t 1 may be calculated as a time difference between the first signal and the second signal. Further, a third time (= t 0 + t 1 + t 2 ) based on the second time and the second error may be calculated as a time difference between the first signal and the second signal. The same applies to the following embodiments.

(実施の形態2)
(1)構造
図13は、本実施の形態のTDC2aの構成図である。本TDC2aは、図13に示すように、第1のパルス生成部4a、第2のパルス生成部6a、カウンタ回路8、および誤差検出部10aを有している。
(Embodiment 2)
(1) Structure FIG. 13 is a configuration diagram of the TDC 2a of the present embodiment. As shown in FIG. 13, the TDC 2a includes a first pulse generation unit 4a, a second pulse generation unit 6a, a counter circuit 8, and an error detection unit 10a.

―第1のパルス生成部―
第1のパルス生成部4aは、第1の遅延回路ユニット32a、第1の反転遅延回路34a、および第1のゲート回路36aを有している。第1の遅延回路ユニット32aは、入力信号を所定の時間t(例えば、10〜100ps)遅らせて出力する所定数(例えば、1〜10)の第1の遅延回路38aを有している。第1の遅延回路38aは縦列に接続され、前段の遅延回路の出力部が次段の遅延回路の入力部に接続されている。初段の遅延回路44aは、後述する第1のタイミング制御回路42aからの制御信号に応答して入力信号を上記所定の時間tより長い時間遅らせて出力する可変遅延回路である。
-First pulse generator-
The first pulse generation unit 4a includes a first delay circuit unit 32a, a first inversion delay circuit 34a, and a first gate circuit 36a. The first delay circuit unit 32a includes a predetermined number (for example, 1 to 10) of first delay circuits 38a that output an input signal by delaying the input signal by a predetermined time t c (for example, 10 to 100 ps). The first delay circuits 38a are connected in a column, and the output section of the preceding stage delay circuit is connected to the input section of the next stage delay circuit. First delay circuit 44a is a variable delay circuit for input signal in response to output delayed longer than the predetermined time t c to the control signal from the first timing control circuit 42a to be described later.

第1の反転遅延回路34aは、入力信号を反転すると共に当該入力信号を、第1の遅延回路38aの遅延時間に実質的に等しい所定の時間t(例えば、10〜100ps)遅らせて出力する反転遅延回路である。第1の反転遅延回路34aの入力部には、図13に示すように、第1の遅延回路ユニット32aの最終段の遅延回路45aの出力部に接続されている。第1の遅延回路ユニット32aの各遅延回路38aおよび第1の反転遅延回路34aの入力部は、図13に示すように、それぞれ第1〜第4の信号線VS0,VS1,VS2,VS3に接続されている。 The first inversion delay circuit 34a inverts the input signal and outputs the input signal with a delay of a predetermined time t c (for example, 10 to 100 ps) substantially equal to the delay time of the first delay circuit 38a. It is an inverting delay circuit. As shown in FIG. 13, the input section of the first inverting delay circuit 34a is connected to the output section of the delay circuit 45a in the final stage of the first delay circuit unit 32a. As shown in FIG. 13, the input portions of the delay circuits 38a and the first inverting delay circuit 34a of the first delay circuit unit 32a are connected to the first to fourth signal lines V S0 , V S1 , V S2 , respectively. Connected to V S3 .

第1のゲート回路36aは、第1のスイッチ回路40aと、第1のタイミング制御回路42aを有している。第1のスイッチ回路40aは、一対の入力部SWIN1,SWIN2と出力部SWOUTとを有し、いずれか一方の入力部を出力部SWOUTに接続する。入力部SWIN1,SWIN2は、それぞれ第1の入力端20aと第1の反転遅延回路34aの出力部に接続されている。一方、出力部SWOUTは、第1の遅延回路ユニット32aの入力部に接続されている。   The first gate circuit 36a includes a first switch circuit 40a and a first timing control circuit 42a. The first switch circuit 40a has a pair of input units SWIN1, SWIN2 and an output unit SWOUT, and connects one of the input units to the output unit SWOUT. The input units SWIN1 and SWIN2 are connected to the first input terminal 20a and the output unit of the first inverting delay circuit 34a, respectively. On the other hand, the output unit SWOUT is connected to the input unit of the first delay circuit unit 32a.

第1のタイミング制御回路42aは、第1の遅延回路38aおよび第1の反転遅延回路34aの出力信号を監視し、第1のスイッチ回路40a内部のスイッチの開閉を制御する。更に、第1のタイミング制御回路42aは、後述する演算制御部54の命令にしたがって、第1の遅延ユニット32aの初段の遅延回路(可変遅延回路)44aおよび第3のスイッチ回路48を制御する。   The first timing control circuit 42a monitors the output signals of the first delay circuit 38a and the first inversion delay circuit 34a, and controls the opening and closing of the switches in the first switch circuit 40a. Further, the first timing control circuit 42a controls the first delay circuit (variable delay circuit) 44a and the third switch circuit 48 of the first delay unit 32a in accordance with a command from the arithmetic control unit 54 described later.

この第1のタイミング制御回路42aは、論理回路である。但し、第1のタイミング制御回路42aは、CPU(Central Processing Unit)とメモリとを有する回路であってもよい。その場合、そのメモリには、第1のタイミング制御回路42aの機能をCPUに実現させるためのプログラムが記録されている。   The first timing control circuit 42a is a logic circuit. However, the first timing control circuit 42a may be a circuit having a CPU (Central Processing Unit) and a memory. In that case, a program for causing the CPU to realize the function of the first timing control circuit 42a is recorded in the memory.

―第2のパルス生成部―
第2のパルス生成部6aは、第1のパルス生成部4aと略同じ構造を有している。但し、第2の遅延回路ユニット32bの初段の遅延回路は、可変遅延回路ではない。
-Second pulse generator-
The second pulse generator 6a has substantially the same structure as the first pulse generator 4a. However, the first-stage delay circuit of the second delay circuit unit 32b is not a variable delay circuit.

すなわち、第2のパルス生成部6aは、第2の遅延回路ユニット32b、第2の反転遅延回路34b、および第2のゲート回路36bを有している。第2の遅延回路ユニット32bは、第1の遅延回路38aの遅延時間に実質的に等しい所定の時間t、入力信号を遅らせて出力する所定数の第2の遅延回路38bを有している。第2の遅延回路38bの数は、第1の遅延回路38aの数と同じである。第2の遅延回路38bは縦列に接続され、前段の遅延回路38bの出力部が次段の遅延回路38bの入力部に接続されている。 In other words, the second pulse generator 6a includes a second delay circuit unit 32b, a second inversion delay circuit 34b, and a second gate circuit 36b. The second delay circuit unit 32b has a predetermined number of second delay circuits 38b that delay and output an input signal for a predetermined time t c substantially equal to the delay time of the first delay circuit 38a. . The number of second delay circuits 38b is the same as the number of first delay circuits 38a. The second delay circuits 38b are connected in a column, and the output section of the preceding delay circuit 38b is connected to the input section of the next delay circuit 38b.

第2の反転遅延回路34bは、入力信号を反転すると共に、第2の遅延回路38bの遅延時間に実質的に等しい所定の時間t、入力信号を遅らせて出力する反転遅延回路である。第2の反転遅延回路34bの入力部は、図13に示すように、第2の遅延回路ユニット32bの最終段の遅延回路45bの出力部に接続されている。第2の遅延回路ユニット32bの初段の遅延回路44bの入力部は、図13に示すように、第5の信号線Vに接続されている。 The second inversion delay circuit 34b is an inversion delay circuit that inverts the input signal and delays and outputs the input signal for a predetermined time t c substantially equal to the delay time of the second delay circuit 38b. As shown in FIG. 13, the input section of the second inversion delay circuit 34b is connected to the output section of the delay circuit 45b at the final stage of the second delay circuit unit 32b. As shown in FIG. 13, the input section of the first delay circuit 44b of the second delay circuit unit 32b is connected to the fifth signal line Vr .

第2のゲート回路36bは、第2のスイッチ回路40bと、第2のタイミング制御回路42bを有している。第2のスイッチ回路40bの一方の入力部には、第2の反転遅延回路34bの出力部が接続されている。第2のスイッチ回路40bの他方の入力部には、TDC2aの第2の入力部22bが接続さている。第2のスイッチ回路40bの構造および機能は、第1のスイッチ回路40aと略同じである。   The second gate circuit 36b has a second switch circuit 40b and a second timing control circuit 42b. The output section of the second inverting delay circuit 34b is connected to one input section of the second switch circuit 40b. The other input part of the second switch circuit 40b is connected to the second input part 22b of the TDC 2a. The structure and function of the second switch circuit 40b are substantially the same as those of the first switch circuit 40a.

第2のタイミング制御回路42bは、第2の遅延回路38bおよび第2の反転遅延回路34bの出力信号を監視し、第2のスイッチ回路40b内部のスイッチの開閉を制御する。第2のタイミング制御回路42bの構造は、第1のタイミング制御回路42aと略同じである。   The second timing control circuit 42b monitors the output signals of the second delay circuit 38b and the second inversion delay circuit 34b, and controls the opening and closing of the switches in the second switch circuit 40b. The structure of the second timing control circuit 42b is substantially the same as that of the first timing control circuit 42a.

―カウンタ回路―
カウンタ回路8の第1の入力部CIN1は、第1のスイッチ回路40aと第1の遅延回路ユニット32aの間に接続された第1の信号線VS0に接続されている。一方、カウンタ回路8の第2の入力部CIN2は、第2のスイッチ回路40bと第2の遅延回路ユニット32bの間に接続された第5の信号線Vに接続されている。カウンタ回路8は、第1の入力部CIN1に入力されるパルスに応答して当該パルスのカウントを開始する。更に、カウンタ回路8は、第2の入力部CIN2に入力される信号に応答して、第1の入力部CIN1に入力されるパルスのカウントを停止する。
-Counter circuit-
The first input section CIN1 of the counter circuit 8 is connected to a first signal line V S0 connected between the first switch circuit 40a and the first delay circuit unit 32a. On the other hand, the second input CIN2 of the counter circuit 8 is connected to the fifth signal line V r connected between the second switch circuit 40b and the second delay circuit unit 32b. The counter circuit 8 starts counting the pulse in response to the pulse input to the first input unit CIN1. Further, the counter circuit 8 stops counting pulses input to the first input unit CIN1 in response to a signal input to the second input unit CIN2.

―誤差検出部―
誤差検出部10aは、第3のスイッチ回路48、Stochastic型の時間デジタル変換装置50(以下、STDCと呼ぶ)と、演算制御部54を有している。第3のスイッチ回路48の入力部は、それぞれ信号線VS0〜VS3に接続されている。第3のスイッチ回路48の出力部SOUTは、STDC50の第1の入力部STIN1に接続されている。一方、STDC50の第2の入力部STIN2には、第2のパルス生成ユニット6aに接続された第5の信号線Vが接続されている。
―Error detection part―
The error detection unit 10 a includes a third switch circuit 48, a Stochastic-type time digital conversion device 50 (hereinafter referred to as STDC), and an arithmetic control unit 54. Input portions of the third switch circuit 48 are connected to signal lines V S0 to V S3 , respectively. The output section SOUT of the third switch circuit 48 is connected to the first input section STIN1 of the STDC 50. On the other hand, the second input STIN2 of STDC50 the fifth signal line V r which is connected to the second pulse generating unit 6a is connected.

演算制御部54は、例えばCPUとメモリとを有している。このメモリには、演算制御部54の機能をCPUに実現させるためのプログラムが記録されている。また、このメモリは、CPUが行う演算にも用いられる。演算制御部54は、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の論理回路であってもよい。   The arithmetic control unit 54 has, for example, a CPU and a memory. In this memory, a program for causing the CPU to realize the function of the arithmetic control unit 54 is recorded. This memory is also used for calculations performed by the CPU. The arithmetic control unit 54 may be a logic circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array).

カウンタ8の出力COUTおよびSTDC50の出力SOUTは、演算制御部54に送信される。演算制御部54は、第1のタイミング制御回路42a、第2のタイミング制御回路42bを制御信号する。   The output COUT of the counter 8 and the output SOUT of the STDC 50 are transmitted to the arithmetic control unit 54. The arithmetic control unit 54 controls the first timing control circuit 42a and the second timing control circuit 42b.

―遅延回路―
第1および第2の遅延回路38a,38bとして、種々の論理回路を用いることができる。例えば、一対のインバータ回路や排他的論理回路を用いることができる。第1および第2の反転遅延回路34a,34bについても同様である。
―Delay circuit―
Various logic circuits can be used as the first and second delay circuits 38a and 38b. For example, a pair of inverter circuits or an exclusive logic circuit can be used. The same applies to the first and second inversion delay circuits 34a and 34b.

図14は、第1および第2の遅延回路38a,38b(可変遅延回路44aを除く)の一例を説明する回路図である。図14に示すように、遅延回路38a,38bは、例えば縦列接続された一対のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)インバータ回路56a,56bを有している。この一対のCMOSインバータ回路56a,56bの遅延時間は、実質的に同じである。   FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example of the first and second delay circuits 38a and 38b (excluding the variable delay circuit 44a). As shown in FIG. 14, the delay circuits 38a and 38b have, for example, a pair of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) inverter circuits 56a and 56b connected in cascade. The delay times of the pair of CMOS inverter circuits 56a and 56b are substantially the same.

入力端子DIN1に入力された入力信号は、1段目のインバータ回路56aで遅延および反転され、2段目のインバータ回路56bに伝達される。2段目のインバータ回路56bに伝達された入力信号は、更に遅延および反転され、出力端子DOUT1から出力される。従って、遅延回路38a,38bに入力された信号は、CMOSインバータ回路56a,56bの遅延時間の2倍遅延された後、元のレベル(正転)で出力される。   The input signal input to the input terminal DIN1 is delayed and inverted by the first-stage inverter circuit 56a and transmitted to the second-stage inverter circuit 56b. The input signal transmitted to the second-stage inverter circuit 56b is further delayed and inverted and output from the output terminal DOUT1. Accordingly, the signals input to the delay circuits 38a and 38b are delayed by twice the delay time of the CMOS inverter circuits 56a and 56b, and then output at the original level (normal rotation).

―可変遅延回路―
図15は、第1の遅延回路ユニット32aの初段の可変遅延回路44aの一例を説明する回路図である。図15に示す遅延回路44aは、縦列接続された一対のCMOSインバータ回路56c,56d、キャパシタ58、およびスイッチ60を有している。CMOSインバータ回路56c,56dの遅延時間は、第1および第2の遅延回路38a,38bが有するCMOSインバータ回路56a,56bの遅延時間と実質的に同じ所定の時間である。
-Variable delay circuit-
FIG. 15 is a circuit diagram illustrating an example of the variable delay circuit 44a in the first stage of the first delay circuit unit 32a. The delay circuit 44a shown in FIG. 15 includes a pair of CMOS inverter circuits 56c and 56d, a capacitor 58, and a switch 60 that are connected in cascade. The delay time of the CMOS inverter circuits 56c and 56d is a predetermined time substantially the same as the delay time of the CMOS inverter circuits 56a and 56b included in the first and second delay circuits 38a and 38b.

キャパシタ58の両端は、それぞれCMOSインバータ回路56a,56bを接続する配線57およびスイッチ(トランジスタ)60に接続されている。演算制御部54は、第1のタイミング制御回路42aを介してこのスイッチ60のゲート端子62に制御信号を送信し、スイッチ60を開閉する。可変遅延回路44aは、スイッチ60が開いている間は、図14の遅延回路38a,38bと略同じように動作する。一方、スイッチ60が閉じている間は、可変遅延回路44aは、キャパシタ58を充電または放電する。従って、可変遅延回路44aは、スイッチ60が開いている時より長い時間をかけて、入力端子DIN2に入力された信号を出力端子DOUT2から出力する。従って、遅延時間が長くなる。   Both ends of the capacitor 58 are connected to a wiring 57 and a switch (transistor) 60 for connecting the CMOS inverter circuits 56a and 56b, respectively. The arithmetic control unit 54 sends a control signal to the gate terminal 62 of the switch 60 via the first timing control circuit 42 a to open and close the switch 60. The variable delay circuit 44a operates in substantially the same manner as the delay circuits 38a and 38b of FIG. 14 while the switch 60 is open. On the other hand, the variable delay circuit 44a charges or discharges the capacitor 58 while the switch 60 is closed. Therefore, the variable delay circuit 44a outputs the signal input to the input terminal DIN2 from the output terminal DOUT2 over a longer time than when the switch 60 is open. Therefore, the delay time becomes long.

―反転遅延回路―
図16は、第1および第2の反転遅延回路34a,34bの一例を説明する回路図である。図16に示す反転遅延回路34a,34bは、一つのCMOSインバータ56eと、このCMOSインバータ56eの出力部に接続されたキャパシタ64を有している。CMOSインバータ56eの遅延時間は、第1および第2の遅延回路38a,38bが有するCMOSインバータ回路56a,56bの遅延時間と実質的に同じである。
―Inversion delay circuit―
FIG. 16 is a circuit diagram illustrating an example of the first and second inversion delay circuits 34a and 34b. The inverting delay circuits 34a and 34b shown in FIG. 16 have one CMOS inverter 56e and a capacitor 64 connected to the output portion of the CMOS inverter 56e. The delay time of the CMOS inverter 56e is substantially the same as the delay times of the CMOS inverter circuits 56a and 56b included in the first and second delay circuits 38a and 38b.

入力端子DIN3に入力された入力信号は、CMOSインバータ56eで遅延および反転され、その後出力端子DOUT3から出力される。入力信号の遅延時間は、CMOSインバータ56eの遅延時間とキャパシタ64の充電時間の和である。キャパシタ64の充電時間は、CMOSインバータ56eの遅延時間と実質的に同じ時間に設定されている。従って、第1および第2の反転遅延回路34a,34bの遅延時間は、第1および第2の遅延回路38a,38bの遅延時間と実質的に同じになる。   The input signal input to the input terminal DIN3 is delayed and inverted by the CMOS inverter 56e, and then output from the output terminal DOUT3. The delay time of the input signal is the sum of the delay time of the CMOS inverter 56e and the charging time of the capacitor 64. The charging time of the capacitor 64 is set to substantially the same time as the delay time of the CMOS inverter 56e. Accordingly, the delay times of the first and second inversion delay circuits 34a and 34b are substantially the same as the delay times of the first and second delay circuits 38a and 38b.

―STDC―
図17は、STDC50の構造を説明する図である。図18は、STDC50の動作を説明する図である。図17に示すように、STDC50は、複数の遅延フリップフロップ(Dフリップフロップ)66と、エンコーダ68を有している。遅延フリップフロップ66の入力端子Xは互いに接続され、STDC50の第1の入力部STIN1に接続されている。同様に、遅延フリップフロップ66のクロック端子Yは互いに接続され、STDC50の第2の入力部STIN2に接続されている。
―STDC―
FIG. 17 is a diagram for explaining the structure of the STDC 50. FIG. 18 is a diagram for explaining the operation of the STDC 50. As shown in FIG. 17, the STDC 50 has a plurality of delay flip-flops (D flip-flops) 66 and an encoder 68. The input terminals X of the delay flip-flop 66 are connected to each other and connected to the first input section STIN1 of the STDC 50. Similarly, the clock terminals Y of the delay flip-flop 66 are connected to each other and connected to the second input section STIN2 of the STDC 50.

一方、遅延フリップフロップ66の複数の出力端子Qは、それぞれエンコーダ68の入力部に接続される。エンコーダ68は、オン状態の遅延フリップフロップ66の数をカウントし、そのカウント数を出力部STOUTから出力する。遅延フリップフロップ66は、入力端子Xがハイレベルの時にクロック端子Yがローレベルからハイレベルに変化するとON状態になり、ハイレベル信号を出力するフリップフロップである。   On the other hand, the plurality of output terminals Q of the delay flip-flop 66 are respectively connected to the input section of the encoder 68. The encoder 68 counts the number of delay flip-flops 66 in the on state, and outputs the count number from the output unit STOUT. The delay flip-flop 66 is a flip-flop that is turned on when the clock terminal Y changes from a low level to a high level when the input terminal X is at a high level, and outputs a high level signal.

図18には、第1の入力部STIN1に入力される第1の入力信号70aおよび第2の入力部STIN2に入力される第2の入力信号70bが示されている。縦軸は電圧であり、横軸は時間である。横軸の時間は、fs(フェムト秒)領域の時間である。このような時間領域では、第1の入力信号70aおよび第2の入力信号70bの信号レベルは、ローレベルからハイレベルに除々に変化する。STDC50は、例えば、第1の入力信号70aの立ち上がりエッジ72aの中間点74aと第2の入力信号70bの立ち上がりエッジ72bの中間点74bの時間差Δtを検出する。   FIG. 18 shows a first input signal 70a input to the first input unit STIN1 and a second input signal 70b input to the second input unit STIN2. The vertical axis is voltage, and the horizontal axis is time. The time on the horizontal axis is the time in the fs (femtosecond) region. In such a time domain, the signal levels of the first input signal 70a and the second input signal 70b gradually change from the low level to the high level. The STDC 50 detects, for example, the time difference Δt between the intermediate point 74a of the rising edge 72a of the first input signal 70a and the intermediate point 74b of the rising edge 72b of the second input signal 70b.

個々の遅延フリップフロップ66は、入力信号の時間差を検出する機能は有していない。しかし、図18に示すように、第1の入力信号70aの立ち上がりエッジ72aと第2の入力信号70bの立ち上がりエッジ72bが重なると、各遅延フリップフロップ66の特性のばらつきにより、複数の遅延フリップフロップ66の一部だけがオン状態になる。この時オン状態になる遅延フリップフロップ66の数は、第1の入力信号70aと第2の入力信号70bの時間差Δtの増加とともに増加する。STDC50は、この性質を利用して、入力信号の時間差Δtを検出する。   Each delay flip-flop 66 does not have a function of detecting a time difference between input signals. However, as shown in FIG. 18, when the rising edge 72a of the first input signal 70a and the rising edge 72b of the second input signal 70b overlap, a plurality of delay flip-flops are caused due to variations in characteristics of the delay flip-flops 66. Only a part of 66 is turned on. At this time, the number of delay flip-flops 66 that are turned on increases as the time difference Δt between the first input signal 70a and the second input signal 70b increases. The STDC 50 uses this property to detect the time difference Δt of the input signal.

図19は、STDC50の特性を説明する図である。横軸は、第1の入力信号70aの入力時刻tと第2の入力信号70bの入力時刻tの時間差Δt(=t−t)である。縦軸は、STDC50の出力Dtdc(オン状態の遅延フリップフロップ66の数)である。図19に示すように、0fsを中心とする一定の範囲内76で、STDC50の出力Dtdcは時間差Δtに対して略リニアに変化する。従って、時間差Δtがこの範囲76(以下、測定レンジと呼ぶ)内であれば、STDC50の出力から時間差Δtを容易に求めることができる。このようにして得られる入力信号の時間差Δtは、fs(フェムト秒)領域の時間である。尚、測定レンジ76は、時間差Δtに関する標準偏差をσとすると、−σ以上σ以下の範囲である。 FIG. 19 is a diagram for explaining the characteristics of the STDC 50. The horizontal axis represents the time difference Δt (= t 2 −t 1 ) between the input time t 1 of the first input signal 70 a and the input time t 2 of the second input signal 70 b. The vertical axis represents the output D tdc of STDC 50 (the number of delay flip-flops 66 in the on state). As shown in FIG. 19, the output D tdc of the STDC 50 varies substantially linearly with respect to the time difference Δt within a certain range 76 centered on 0 fs. Therefore, if the time difference Δt is within this range 76 (hereinafter referred to as a measurement range), the time difference Δt can be easily obtained from the output of the STDC 50. The time difference Δt of the input signals obtained in this way is the time in the fs (femtosecond) region. The measurement range 76 is a range of −σ or more and σ or less, where σ is a standard deviation regarding the time difference Δt.

測定レンジ76の外では、STDC50の出力Dtdcは、略0または出力の
最大値になる。この特性に基づいて、第2の入力信号70bの立ち上がりエッジにおける第1の入力信号70aの信号レベルを検出することができる。例えば、STDC50の出力Dtdcが略0であれば、第2の入力信号70bの立ち上がりエッジにおける第1の入力信号70aの信号レベルはローレベルである。一方、STDC50の出力が略最大値(例えば、255)であれば、第2の入力信号70bの立ち上がりエッジにおける第1の入力信号70aの信号レベルはハイレベルである。
Outside the measurement range 76, the output D tdc of the STDC 50 is substantially 0 or the maximum value of the output. Based on this characteristic, the signal level of the first input signal 70a at the rising edge of the second input signal 70b can be detected. For example, if the output D tdc of the STDC 50 is substantially 0, the signal level of the first input signal 70a at the rising edge of the second input signal 70b is low. On the other hand, if the output of the STDC 50 is substantially the maximum value (for example, 255), the signal level of the first input signal 70a at the rising edge of the second input signal 70b is high.

(2)動作
本TDC2aの動作は、図2乃至12を参照して説明した実施の形態1のTDC2と略同じである。従って、図2乃至12および図13の回路図を参照して、本TDC2aの動作を説明する。
(2) Operation The operation of the TDC 2a is substantially the same as the TDC 2 of the first embodiment described with reference to FIGS. Therefore, the operation of the TDC 2a will be described with reference to the circuit diagrams of FIGS. 2 to 12 and FIG.

―パルスカウントに基づく時間測定(図2のS2)―
第1の信号12が入力するまでは、TDC2aの第1の入力端子20aは、第1のゲート回路36aにより、第1の遅延回路ユニット32aの入力部に接続されている。一方、第1の遅延回路ユニット32aの入力部と第1の反転遅延回路34aの出力部は切り離されている。この状態では、第1の遅延回路ユニット32aが有する各遅延回路38aの出力は全てローレベルであり、第1の反転遅延回路34aの出力はハイレベルである。
-Time measurement based on pulse count (S2 in Fig. 2)-
Until the first signal 12 is input, the first input terminal 20a of the TDC 2a is connected to the input portion of the first delay circuit unit 32a by the first gate circuit 36a. On the other hand, the input section of the first delay circuit unit 32a and the output section of the first inverting delay circuit 34a are separated. In this state, the outputs of the delay circuits 38a included in the first delay circuit unit 32a are all at a low level, and the outputs of the first inversion delay circuit 34a are at a high level.

今、第1の入力端子20aに第1の信号12が入力すると、第1の信号12は、第1のスイッチ回路40aを介して、第1の遅延回路ユニット32aに供給される。この時、第1の信号12の先頭部分H12は第1の信号線VS0に出力され、第1の信号線VS0をハイレベルにする(図4参照)。これにより、第1の信号線VS0に出力される第1のパルス16の最初の生成が開始される。 Now, when the first signal 12 is input to the first input terminal 20a, the first signal 12 is supplied to the first delay circuit unit 32a via the first switch circuit 40a. At this time, the head portion H12 of the first signal 12 is output to the first signal line V S0, the first signal line V S0 to the high level (see FIG. 4). Thereby, the first generation of the first pulse 16 output to the first signal line V S0 is started.

第1の遅延回路ユニット32aに第1の信号12が供給されると、第1の遅延回路ユニット32aの各遅延回路38aは、オフ状態からオン状態に順次変化する。この変化にしたがって、第2〜第4の信号線VS1〜VS3は、ローレベルからハイレベルに順次変化する(図7参照)。これにより、第1〜第3の遅延パルス28a〜28cの最初の生成が順次開始する。 When the first signal 12 is supplied to the first delay circuit unit 32a, each delay circuit 38a of the first delay circuit unit 32a sequentially changes from the off state to the on state. According to this change, the second to fourth signal lines V S1 to V S3 sequentially change from the low level to the high level (see FIG. 7). Thereby, the first generation of the first to third delay pulses 28a to 28c starts sequentially.

第1のゲート回路36aは、例えば第1の信号線VS1のレベル変化に応答して、第1の遅延回路ユニット32aの入力部を第1の入力端子20aから切り離し、第1の反転遅延回路34aの出力部に接続する。この時の第1の反転遅延回路34aの出力は、ハイレベルである。従って、第1の遅延回路ユニット32aの入力部は、第1の入力部20aから切り離された後も、第1の反転遅延回路34aの出力によりハイレベルに保たれる。 For example, in response to a level change of the first signal line V S1 , the first gate circuit 36a disconnects the input portion of the first delay circuit unit 32a from the first input terminal 20a, and the first inversion delay circuit. Connect to the output of 34a. At this time, the output of the first inversion delay circuit 34a is at a high level. Therefore, the input section of the first delay circuit unit 32a is kept at the high level by the output of the first inverting delay circuit 34a even after being disconnected from the first input section 20a.

第1の反転遅延回路34aは、第1の遅延回路ユニット32aの最終段の遅延回路45aがオン状態になると、その出力VS3(ハイレベル)を反転して第1の遅延回路ユニット32aの入力部に帰還する。この帰還により、第1の信号線VS0のレベルはハイレベルからローレベルに変化し、第1のパルス16の最初の生成が終了する。 When the final delay circuit 45a of the first delay circuit unit 32a is turned on, the first inversion delay circuit 34a inverts its output V S3 (high level) and inputs the first delay circuit unit 32a. Return to the department. By this feedback, the level of the first signal line V S0 changes from the high level to the low level, and the first generation of the first pulse 16 is completed.

第1の遅延回路ユニット32aの各遅延回路38aは、帰還された反転出力に順次応答して、オン状態からオフ状態に順次変化する。したがって、第2〜第4の信号線VS1〜VS3の信号レベルは、ハイレベルからローレベルに順次変化する。これにより、第1〜第3の遅延パルス28a〜28cの最初の生成が順次終了する。 Each delay circuit 38a of the first delay circuit unit 32a sequentially changes from an on state to an off state in response to the fed back inverted output. Therefore, the signal levels of the second to fourth signal lines V S1 to V S3 sequentially change from the high level to the low level. Thereby, the first generation of the first to third delay pulses 28a to 28c is sequentially completed.

第3の遅延パルス28cの生成が終了し第1の遅延回路ユニット32aの最終段の遅延回路45aがオフ状態になると、第1の反転遅延回路34aは、その出力VS3(ローレベル)を反転して第1の遅延回路ユニット32aの入力部に帰還する。この帰還により、第1の信号線VS0のレベルはハイレベルに変化し、第1のパルス16の生成が再開する。以後、第1のパルス16および第1〜第3の遅延パルス28a〜28cの生成が繰り返される。 When the generation of the third delay pulse 28c ends and the final delay circuit 45a of the first delay circuit unit 32a is turned off, the first inversion delay circuit 34a inverts its output V S3 (low level). Then, the feedback is made to the input section of the first delay circuit unit 32a. By this feedback, the level of the first signal line V S0 changes to a high level, and the generation of the first pulse 16 is resumed. Thereafter, the generation of the first pulse 16 and the first to third delay pulses 28a to 28c is repeated.

以上の説明から明らかなように、第1のパルス16のパルス幅PW(図8参照)は、遅延回路38aおよび反転遅延回路34aの総数M(図13の例では、4)と遅延回路38aおよび反転遅延回路34aの遅延時間tの積M×tである。また、第1のパルス16のパルス間隔PDも、M×tである。従って、第1のパルス16の生成が繰り返される周期Tは2M×tである(本TDC2aでは、8t)。 As is clear from the above description, the pulse width PW (see FIG. 8) of the first pulse 16 is the total number M of delay circuits 38a and inversion delay circuits 34a (4 in the example of FIG. 13), the delay circuits 38a and This is the product M × t c of the delay time t c of the inverting delay circuit 34a. The pulse interval PD of the first pulse 16 is also M × t c . Therefore, the period T in which the generation of the first pulse 16 is repeated is 2M × t c (8t c in the present TDC 2a).

すなわち、本TDC2aは、第1の信号12の立ち上がりエッジに応答して、所定の周期8tで繰返される第1のパルス16の生成を開始する(図3のS12)。以上の説明から明らかなように、第1のパルス16および第1〜第3の遅延パルス28a〜28cが順次立ち上がる際の時間間隔(遅延時間t)は、遅延回路38aおよび反転遅延回路34aの遅延時間tである。 That is, the present TDC2a in response to the rising edge of the first signal 12, starts generating the first pulse 16 that is repeated at a predetermined cycle 8t c (S12 in FIG. 3). As is apparent from the above description, the time interval (delay time t d ) when the first pulse 16 and the first to third delay pulses 28a to 28c sequentially rise is determined by the delay circuit 38a and the inversion delay circuit 34a. it is the delay time t c.

ところで、第1の信号12が第1の入力端子20aに入力すると、第1の信号線VS0はローレベルからハイレベルに変化する。この変化に応答して、カウンタ回路8は、第1のパルス16のカウントを開始する(図3のS14)。 By the way, when the first signal 12 is input to the first input terminal 20a, the first signal line VSO changes from the low level to the high level. In response to this change, the counter circuit 8 starts counting the first pulse 16 (S14 in FIG. 3).

一方、第2の入力端子22bに第2の信号14が入力すると、第2のパルス列生成部6aは、所定の周期で繰返される第2のパルス26の生成を開始する(図3のS18)。第2のパルス列生成部6aが第2のパルス26を生成する手順は、第1のパルス列生成部6aが第1のパルス16を生成する手順と略同じである。従って、第2のパルス26の生成が繰り返される周期は、第1のパルス16の生成が繰り返される周期と実質的に等しい。   On the other hand, when the second signal 14 is input to the second input terminal 22b, the second pulse train generator 6a starts generating the second pulse 26 repeated at a predetermined cycle (S18 in FIG. 3). The procedure in which the second pulse train generator 6a generates the second pulse 26 is substantially the same as the procedure in which the first pulse train generator 6a generates the first pulse 16. Therefore, the cycle in which the generation of the second pulse 26 is repeated is substantially equal to the cycle in which the generation of the first pulse 16 is repeated.

第2の入力端子22bに第2の信号14が入力すると、第5の信号線Vには第2の信号14の先頭部分が出力され、第5の信号線Vはローレベルからハイレベルに変化する。この変化に応答して、カウンタ回路8は、第1のパルス16のカウントを停止する(図3のS16)。 When the second signal 14 to the second input terminal 22b is inputted, the fifth signal line V r is output leading portion of the second signal 14, the fifth signal line V r of a high level from a low level To change. In response to this change, the counter circuit 8 stops counting the first pulse 16 (S16 in FIG. 3).

演算制御部54は、この時のカウンタ回路8のカウント数に基づく時間を、第1の信号12と第2の信号14との時間差として算出する(図3のS20)。例えば、カウンタ回路8の出力が4で遅延時間tが50psの場合、算出される時間は、1200ps(=8×(4−1)×50ps)である。 The arithmetic control unit 54 calculates a time based on the count number of the counter circuit 8 at this time as a time difference between the first signal 12 and the second signal 14 (S20 in FIG. 3). For example, when the output of the counter circuit 8 is 4 and the delay time t c is 50 ps, the calculated time is 1200 ps (= 8 × (4-1) × 50 ps).

―第1の誤差検出(図2のS4)―
図20は、本実施の形態における第1の誤差の検出手順を説明するフローチャートである。演算制御部54は、まず、第1のタイミング制御回路42aを介して第3のスイッチ回路48を制御し、第1〜第4の信号線VS0〜VS3を順次STDC50の第1の入力部STIN1に接続する。一方、STDC50の第2の入力部STIN2には、第5の信号線Vが接続されている。演算制御部54は、STDC50の出力を順次読出し、第5の信号線Vに出力される信号が立ち上がる時の第1〜第4の信号線VS0〜VS3の信号レベルを順次検出し記録する(図20のS42)。
-First error detection (S4 in Fig. 2)-
FIG. 20 is a flowchart for explaining a first error detection procedure in the present embodiment. The arithmetic control unit 54 first controls the third switch circuit 48 via the first timing control circuit 42a, and sequentially supplies the first to fourth signal lines V S0 to V S3 to the first input unit of the STDC 50. Connect to STIN1. On the other hand, a fifth signal line V r is connected to the second input section STIN2 of the STDC 50. The arithmetic control unit 54 sequentially reads the output of the STDC 50 and sequentially detects and records the signal levels of the first to fourth signal lines V S0 to V S3 when the signal output to the fifth signal line V r rises. (S42 in FIG. 20).

例えば、演算制御部54は、検出した信号レベルがローレベルである場合にはレベル値”0”を、信号レベルを検出した信号線の識別子とともに記録する。同様に、検出した信号レベルがハイレベルである場合、演算制御部54はレベル値”1”を、信号レベルを検出した信号線の識別子とともに記録する。   For example, when the detected signal level is a low level, the arithmetic control unit 54 records the level value “0” together with the identifier of the signal line from which the signal level is detected. Similarly, when the detected signal level is high, the arithmetic control unit 54 records the level value “1” together with the identifier of the signal line from which the signal level is detected.

次に、演算制御部54は、記録したレベル値からレベル行列Vs<N:0>を生成する(図20のS44)。Nは、行列の要素数より1小さい整数である。レベル行列Vs<N:0>の各要素は、それぞれが出力された信号線に対応させて記録した信号レベルである。例えば、図13に示すTDC2aでは、Nは3である。第1の要素Vs<0>は、第5の信号線Vに出力される信号が立ち上がる時の第1の信号線VS0のレベル値である。第2〜第4の要素Vs<1>〜Vs<3>は、第5の信号線Vに出力される信号が立ち上がる時の第2〜第4の信号線VS1〜VS3のレベル値である。 Next, the arithmetic control unit 54 generates a level matrix Vs <N: 0> from the recorded level values (S44 in FIG. 20). N is an integer smaller than the number of elements of the matrix. Each element of the level matrix Vs <N: 0> is a signal level recorded in association with the output signal line. For example, in the TDC 2a shown in FIG. The first element Vs <0> is a level value of the first signal line V S0 when a signal output to the fifth signal line V r rises. The second to fourth elements Vs <1> to Vs <3> are the level values of the second to fourth signal lines V S1 to V S3 when the signal output to the fifth signal line V r rises. It is.

演算制御部54は、このレベル行列Vs<N:0>に基づいて、第1のパルス16および第1〜第3の遅延パルス28a〜28cのエッジの中から第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26に隣接する一対の隣接エッジの一方を検出する(図20のS46)。   Based on the level matrix Vs <N: 0>, the arithmetic control unit 54 raises the rising edge RE26 of the second pulse 26 from the edges of the first pulse 16 and the first to third delay pulses 28a to 28c. One of the pair of adjacent edges adjacent to is detected (S46 in FIG. 20).

演算制御部54は、検出した隣接エッジを用いて第1〜第3の誤差を検出する。図21は、この誤差検出用の隣接エッジの検出手順を説明するタイムチャートである。図21には、第1〜第5の信号線VS0〜VS3,Vに出力されるパルスが示されている。図21に示すように、第1〜第4の信号線VS0〜VS3には、それぞれ第1のパルス16および第1〜第3の遅延パルス28a〜28cが出力される。一方、第5の信号線Vには、第2のパルス26が出力される。従って、レベル行列Vs<3:0>は、第2のパルス26が立ち上がる時の第1のパルス16および第1〜第3の遅延パルス28a〜28cの信号レベルを示している。 The arithmetic control unit 54 detects the first to third errors using the detected adjacent edge. FIG. 21 is a time chart for explaining a procedure for detecting an adjacent edge for error detection. FIG. 21 shows pulses output to the first to fifth signal lines V S0 to V S3 and V r . As shown in FIG. 21, the first pulse 16 and the first to third delay pulses 28a to 28c are output to the first to fourth signal lines V S0 to V S3 , respectively. On the other hand, the second pulse 26 is output to the fifth signal line Vr . Therefore, the level matrix Vs <3: 0> indicates the signal levels of the first pulse 16 and the first to third delay pulses 28a to 28c when the second pulse 26 rises.

第1のパルス16の1周期は、図21の上部に示すように、第1のパルス16および第1〜第3の遅延パルス28a〜28cのエッジにより、複数の期間(以後、遅延期間と呼ぶ)78a〜78hに区画することができる。各遅延期間78a〜78hの長さは、第1の遅延回路38aおよび第1の反転遅延回路34aの遅延時間tcである。図21の上部には、第2のパルス26が各遅延期間内で立ち上がる場合に生成されるレベル行列Vs<3:0>が示されている。 As shown in the upper part of FIG. 21, one cycle of the first pulse 16 is divided into a plurality of periods (hereinafter referred to as delay periods) by the edges of the first pulse 16 and the first to third delay pulses 28a to 28c. ) 78a to 78h. The length of each of the delay periods 78a to 78h is the delay time t c of the first delay circuit 38a and the first inversion delay circuit 34a. The upper part of FIG. 21 shows a level matrix Vs <3: 0> that is generated when the second pulse 26 rises within each delay period.

例えば、図21に示すように、第2のパルス26が3番目の遅延期間78cで立ち上がる場合、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26における第1のパルス16はハイレベルである。同様に、第1の遅延パルス28aおよび第2の遅延パルス28bもハイレベルである。一方、第3の遅延パルス28cはローレベルである。従って、レベル行列Vs<3:0>は”0111”になる。   For example, as shown in FIG. 21, when the second pulse 26 rises in the third delay period 78c, the first pulse 16 at the rising edge RE26 of the second pulse 26 is at a high level. Similarly, the first delay pulse 28a and the second delay pulse 28b are also at a high level. On the other hand, the third delay pulse 28c is at a low level. Therefore, the level matrix Vs <3: 0> is “0111”.

図21に示すように、レベル行列Vs<3:0>と遅延期間78a〜78hは1対1に対応している。従って、レベル行列Vs<3:0>を参照することで、第2のパルス26が立ち上がる遅延期間78a〜78hを検出することができる。また、図21に示すように、各遅延期間78a〜78hは、第1のパルス16または第1〜第3の遅延パルス28a〜28cのエッジにより区切られている。従って、第2のパルス26が立ち上がる遅延期間78a〜78hから、第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26に隣接する隣接エッジを検出することができる。   As shown in FIG. 21, the level matrix Vs <3: 0> and the delay periods 78a to 78h have a one-to-one correspondence. Therefore, by referring to the level matrix Vs <3: 0>, it is possible to detect the delay periods 78a to 78h in which the second pulse 26 rises. Further, as shown in FIG. 21, each of the delay periods 78a to 78h is divided by the edge of the first pulse 16 or the first to third delay pulses 28a to 28c. Therefore, an adjacent edge adjacent to the rising edge RE26 of the second pulse 26 can be detected from the delay periods 78a to 78h in which the second pulse 26 rises.

例えば、レベル行列”0111”には、上述したように3番目の遅延期間78cが対応している。この遅延期間78cを区切るエッジは、第2の遅延パルス28bおよび第3の遅延パルス28cの立ち上がりエッジRE2,RE3である。従って、これら一対のエッジRE2,RE3が、第2のパルス26の隣接エッジである。演算制御部54は、この一対の隣接エッジの一方を誤差検出用の隣接エッジNEとして検出する。隣接エッジの検出には、ルックアップテーブルが用いられる。   For example, the third delay period 78c corresponds to the level matrix “0111” as described above. The edges that delimit the delay period 78c are the rising edges RE2 and RE3 of the second delay pulse 28b and the third delay pulse 28c. Therefore, the pair of edges RE 2 and RE 3 are adjacent edges of the second pulse 26. The arithmetic control unit 54 detects one of the pair of adjacent edges as an error detection adjacent edge NE. A lookup table is used to detect adjacent edges.

図22は、誤差検出用の隣接エッジの検出に用いられるルックアップテーブル(以下、表1と呼ぶ)である。表1の第1行目には、レベル行列Vs<3:0>が示されている。表1の第3行目には、誤差検出用の隣接エッジNEが出力される信号線が示されている。第3行目の"rise"および"fall"は、各セルに示された隣接エッジNEが、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのいずれであるかを示している。尚、表1に示されている隣接エッジNEは、一対の隣接エッジのうち先に立ち上がる前方隣接エッジである。   FIG. 22 is a look-up table (hereinafter referred to as Table 1) used for detecting adjacent edges for error detection. In the first row of Table 1, the level matrix Vs <3: 0> is shown. The third line of Table 1 shows a signal line from which an adjacent edge NE for error detection is output. “Rise” and “fall” in the third row indicate whether the adjacent edge NE shown in each cell is a rising edge or a falling edge. The adjacent edge NE shown in Table 1 is a front adjacent edge that rises first among a pair of adjacent edges.

表1の第2行目は、第1のパルス16の立ち上がりエッジRE16と誤差測定用の隣接エッジNEの時間差tを示している。 Second row of Table 1 shows the time difference t 1 between adjacent edges NE rising edge RE16 and for error measurement of the first pulse 16.

今、誤差検出部10aがエッジ行列”0111”を検出したとする。この場合、演算制御回路54はこのルックアップを参照して、第3の信号線VS2に出力される第2の遅延パルス28bの立ち上がりエッジRE2を誤差検出用の隣接エッジNEとして検出する(図20のS46)。更に、演算制御回路54はこのルックアップを参照して、第1のパルス16の立ち上がりエッジRE16と検出した隣接エッジNEの時間差2tを、第1の誤差として検出する(S48)。実際のルックアップテーブルには、変数2tcではなく実際の時間差が示されている。例えば、遅延時間tが50psの場合、第1の誤差tは100ps(=2×50ps)になる。 Assume that the error detection unit 10a detects the edge matrix “0111”. In this case, the arithmetic control circuit 54 refers to this lookup and detects the rising edge RE2 of the second delay pulse 28b output to the third signal line V S2 as an adjacent edge NE for error detection (FIG. 20 S46). Further, with reference to this lookup, the arithmetic control circuit 54 detects the time difference 2t c between the rising edge RE16 of the first pulse 16 and the detected adjacent edge NE as a first error (S48). The actual look-up table shows the actual time difference, not the variable 2t c . For example, when the delay time t c is 50 ps, the first error t 1 is 100 ps (= 2 × 50 ps).

尚、本実施の形態のステップS42〜S46は、実施の形態1のS22(図5)に対応している。また、本実施の形態のステップS48は、実施の形態1のS24に対応している。   Note that steps S42 to S46 of the present embodiment correspond to S22 (FIG. 5) of the first embodiment. Further, step S48 in the present embodiment corresponds to S24 in the first embodiment.

―第2の誤差測定(図2のS6)―
図23は、本実施の形態における第2の誤差の検出手順を説明するフローチャートである。図24は、本実施の形態における第2の誤差の検出手順を説明するタイムチャートである。
-Second error measurement (S6 in Fig. 2)-
FIG. 23 is a flowchart for explaining a second error detection procedure in the present embodiment. FIG. 24 is a time chart for explaining a second error detection procedure in the present embodiment.

図24には、誤差検出用の隣接エッジNEを有する隣接パルス30と第2のパルス26が示されている。隣接パルスとは、隣接エッジを有するパルスのことである。   FIG. 24 shows the adjacent pulse 30 and the second pulse 26 having the adjacent edge NE for error detection. An adjacent pulse is a pulse having an adjacent edge.

演算制御部54は、第3のスイッチ回路48を制御して、隣接パルス30が出力される信号線(例えば、VS2)を、STDC50の第1の入力部STIN1に接続する(S52)。尚、第1の入力部STIN1と第3のスイッチ回路48の間は、図13に示すように、信号線Vsにより接続されている。一方、STDC50の第2の入力部STIN2には、第2のパルス26が出力される第5の信号線Vrが接続されている。図24の各パルス列の左側には、それぞれのパルスが送信される信号線の符号が示されている。 The arithmetic control unit 54 controls the third switch circuit 48 to connect the signal line (for example, V S2 ) from which the adjacent pulse 30 is output to the first input unit STIN1 of the STDC 50 (S52). The first input unit STIN1 and the third switch circuit 48 are connected by a signal line Vs as shown in FIG. On the other hand, the second input section STIN2 of the STDC 50 is connected to the fifth signal line Vr from which the second pulse 26 is output. On the left side of each pulse train in FIG. 24, the reference numerals of signal lines to which the respective pulses are transmitted are shown.

次に、演算制御部54は、STDC50の出力コードDtdcを読み出す(S54)。演算制御部54は、読み出した出力コードDtdcに対応する入力信号の時間差Δtの絶対値が後述する所定のシフト時間tfの半分以下であるか判断する(S56)。 Next, the arithmetic control unit 54 reads the output code D tdc of the STDC 50 (S54). The arithmetic control unit 54 determines whether the absolute value of the time difference Δt of the input signal corresponding to the read output code D tdc is less than or equal to half of a predetermined shift time tf described later (S56).

図19に示すように、STDC50の出力コードDtdcは、0fsを中心とする測定レンジ76内で、入力信号の時間差Δtに対して略リニアに変化する。図19に示す例では測定レンジ76は、−1000〜1000fsである。図19に示すように、出力コードDtdcが59以上133以下であれば、入力信号の時間差Δtは−1000〜0fsである。また、出力コードDtdcが133以上212以下であれば、入力信号の時間差Δtは、0〜1000fsである。 As shown in FIG. 19, the output code D tdc of the STDC 50 changes substantially linearly with respect to the time difference Δt of the input signal within the measurement range 76 centered on 0 fs. In the example illustrated in FIG. 19, the measurement range 76 is −1000 to 1000 fs. As shown in FIG. 19, when the output code D tdc is 59 or more and 133 or less, the time difference Δt of the input signal is −1000 to 0 fs. When the output code D tdc is 133 or more and 212 or less, the time difference Δt of the input signal is 0 to 1000 fs.

今、シフト時間tfが、測定レンジの幅と同じ2000fsであるとする。演算制御回路54は、STDC50の出力コードDtdcが59以上133以下の場合、入力信号の時間差Δtの絶対値がシフト時間tfの半分以下と判断する。同様に、演算制御回路54は、STDC50の出力コードDtdcが133以上212以下の場合、入力信号の時間差Δtの絶対値がシフト時間tfの半分以下と判断する。これらの場合、後述するステップS62に進み、隣接パルス30のシフト回数に基づく時間を第2の誤差として検出する。 Now, it is assumed that the shift time tf is 2000 fs which is the same as the width of the measurement range. When the output code D tdc of the STDC 50 is 59 or more and 133 or less, the arithmetic control circuit 54 determines that the absolute value of the time difference Δt of the input signals is less than half of the shift time tf. Similarly, when the output code D tdc of the STDC 50 is 133 or more and 212 or less, the arithmetic control circuit 54 determines that the absolute value of the time difference Δt of the input signals is half or less of the shift time tf. In these cases, the process proceeds to step S62 described later, and the time based on the number of shifts of the adjacent pulse 30 is detected as the second error.

出力コードDtdcから得られる時間差Δtの絶対値がtfの半分より大きい場合には、演算制御部54は、第1の遅延回路ユニット32aの可変遅延回路44aの遅延時間をシフト時間tf分増加させる(S58)。 When the absolute value of the time difference Δt obtained from the output code D tdc is larger than half of tf, the arithmetic control unit 54 increases the delay time of the variable delay circuit 44a of the first delay circuit unit 32a by the shift time tf. (S58).

このステップ58により、第1のパルス列生成部32aが生成する各パルス(第1のパルス16および第1〜第3の遅延パルス28a〜28c)はtf分シフトする。従って、図24に示すように、隣接パルス30も、第1のシフト期間80aにおいて、第2のパルス26に向かってシフト時間tf分シフトする。シフト時間tfは、STDC50の測定レンジ76の幅以下の時間(>0)である。本実施の形態のシフト時間tfは、STDC50の測定レンジ76である。   By this step 58, each pulse (first pulse 16 and first to third delay pulses 28a to 28c) generated by the first pulse train generator 32a is shifted by tf. Therefore, as shown in FIG. 24, the adjacent pulse 30 is also shifted by the shift time tf toward the second pulse 26 in the first shift period 80a. The shift time tf is a time (> 0) that is equal to or less than the width of the measurement range 76 of the STDC 50. The shift time tf of the present embodiment is the measurement range 76 of the STDC 50.

次に、演算制御部54は、可変遅延回路44aの遅延時間を元の遅延時間tに戻し、少なくても次の隣接パルス30bの生成が終了するまで元の遅延時間tを維持する。(S60)。このステップ60により、図24に示すように、第1のシフト期間80aに続く第1のメモリ期間82aの間、隣接パルス30b,30cは、tfシフトされた状態を維持する。このメモリ期間82aにおける隣接パルス30と第2のパルス26の時間差は、シフト前の時間差(第2の残余時間tover2)よりtf分短くなっている。 Next, the calculation control unit 54, the delay time of the variable delay circuit 44a is returned to the original delay time t c, fewer or generation of the next adjacent pulse 30b to maintain the original delay time t c until the end. (S60). By this step 60, as shown in FIG. 24, during the first memory period 82a following the first shift period 80a, the adjacent pulses 30b and 30c maintain the tf-shifted state. The time difference between the adjacent pulse 30 and the second pulse 26 in the memory period 82a is shorter by tf than the time difference before the shift (second residual time t over2 ).

演算制御部54は、ステップS54に戻り第1のメモリ期間82aにおいて、STDC50の出力コードDtdcを再度読み出す。演算制御部54は、読み出した出力コードDtdcに対応する時間差Δtの絶対値がシフト時間tfの半分以下であるか再度判断し(S56)、時間差Δtの絶対値がシフト時間tfの半分以下でない場合には再び可変遅延回路44aの遅延時間をtf分増加させる(S58)。 The arithmetic control unit 54 returns to step S54 and again reads the output code D tdc of the STDC 50 in the first memory period 82a. The arithmetic control unit 54 determines again whether the absolute value of the time difference Δt corresponding to the read output code D tdc is less than or equal to half of the shift time tf (S56), and the absolute value of the time difference Δt is not less than or equal to half of the shift time tf. In this case, the delay time of the variable delay circuit 44a is increased again by tf (S58).

演算制御部54は、以上のステップを繰り返す。従って、図24に示すように、シフト期間80とメモリ期間82が交互に繰り返され、最終的には隣接パルス30と第2のパルス26の時間差の絶対値がtfの半分以下になる。   The arithmetic control unit 54 repeats the above steps. Therefore, as shown in FIG. 24, the shift period 80 and the memory period 82 are alternately repeated, and finally the absolute value of the time difference between the adjacent pulse 30 and the second pulse 26 becomes equal to or less than half of tf.

すると、演算制御部54は、STDCの出力Dtdcに対応する時間差Δtの絶対値がシフト時間tf(例えば、1ps)の半分以下になったと判断し、隣接パルス30のシフト回数N3(例えば、7回)に対応する時間(=tf×N3、例えば7ps)を第2の誤差tとして算出する(S62)。更に、演算制御部54は、この時のSTDC50の出力コードDtdcを、例えば演算制御部54のメモリに記録する(S62)。 Then, the arithmetic control unit 54 determines that the absolute value of the time difference Δt corresponding to the output D tdc of the STDC has become half or less of the shift time tf (for example, 1 ps), and shifts the adjacent pulse 30 N3 (for example, 7 time corresponding to the times) (= tf × N3, for example 7 ps) is calculated as the second error t 2 (S62). Further, the arithmetic control unit 54 records the output code D tdc of the STDC 50 at this time in, for example, the memory of the arithmetic control unit 54 (S62).

図11を参照して説明したように、第2の誤差tは、シフト開始前の隣接パルス30と第2のパルス26の時間差(第2の残余時間tover2)と第3の残余時間tover3分異なっている。 As described with reference to FIG. 11, the second error t 2 is the time difference between the adjacent pulse 30 and the second pulse 26 before the shift start (second residual time t over2 ) and the third residual time t. It differs by over3 minutes.

以上の例では、可変遅延回路44aの遅延時間を長くして一対の隣接パルスのうち先に立ち上がる隣接パルス30を第2のパルス26に向かってシフトさせる。しかし、可変遅延回路44aの遅延時間を短くして一対の隣接パルスのうち後に立ち上がる隣接パルスをシフトさせてもよい。その場合には、第1および第2の遅延回路38a,38bの遅延時間をキャパシタにより長くしておくことで、可変遅延回路44aのスイッチ58(図15)を開くことで、可変遅延回路44aの遅延時間を第1および第2の遅延回路38a,38bより短くすることができる。   In the above example, the delay time of the variable delay circuit 44 a is lengthened, and the adjacent pulse 30 rising first among the pair of adjacent pulses is shifted toward the second pulse 26. However, the delay time of the variable delay circuit 44a may be shortened to shift the adjacent pulse that rises later among the pair of adjacent pulses. In that case, the delay time of the first and second delay circuits 38a, 38b is made longer by the capacitor, and the switch 58 (FIG. 15) of the variable delay circuit 44a is opened, so that the variable delay circuit 44a The delay time can be shorter than that of the first and second delay circuits 38a and 38b.

―第3の誤差測定(図2のS8)―
次に、誤差検出部10は、STDC50を用いて、第3の残余時間tover3を第3の誤差tとして検出する。図25は、第3の誤差の検出手順を説明するフローチャ―トである。
-Third error measurement (S8 in Fig. 2)-
Next, the error detection unit 10 detects the third remaining time t over3 as the third error t 3 using the STDC 50 . FIG. 25 is a flowchart for explaining the third error detection procedure.

演算制御部54は、まずステップ62で記録したSTD50の出力コードDtdcをメモリから読み出す(S72)。演算制御部54は、読み出した出力コードDtdcに対応する時間差Δtを、第3の誤差tとして算出する(S74)。第3の誤差tは、例えば次式に基づいて算出される。 The arithmetic control unit 54 first reads out the output code D tdc of the STD 50 recorded in step 62 from the memory (S72). The arithmetic control unit 54 calculates the time difference Δt corresponding to the read output code D tdc as the third error t 3 (S74). Third error t 3, for example is calculated based on the following equation.

Figure 2012175598
Figure 2012175598

ここで、Dは、演算制御部54がSTD50から読み出す出力コードDtdcである。この出力コードDtdcは、STDC50の入力信号の時間差Δtの絶対値がシフト時間tfの半分以下になる時の出力コードである。Dは、時間差Δtが0秒の場合の出力コードである。Dは、測定レンジ76の上限値または下限値に対応する出力コードである。MRは、STDC50の測定レンジの幅である。 Here, D x is an output code D tdc that the arithmetic control unit 54 reads from the STD 50 . This output code D tdc is an output code when the absolute value of the time difference Δt of the input signals of the STDC 50 is less than half of the shift time tf. D 0 is an output code when the time difference Δt is 0 seconds. DL is an output code corresponding to the upper limit value or the lower limit value of the measurement range 76. MR is the width of the measurement range of the STDC 50.

図19に示す例では、Dは133である。測定レンジ76の上限に対応するDは、212である。測定レンジ76の下限に対応するDは、59である。測定レンジの幅MRは、200fsである。DがD以上の場合には、Dとして測定レンジ76の上限値を用いる。一方、DがD以下の場合には、Dとして測定レンジ76の下限値を用いる。 In the example shown in FIG. 19, D 0 is 133. D L corresponding to the upper limit of the measurement range 76 is 212. D L corresponding to the lower limit of the measurement range 76 is 59. The width MR of the measurement range is 200 fs. When D x is not less than D 0 is the upper limit of the measurement range 76 is used as D L. On the other hand, when D x is D 0 or less, the lower limit of the measurement range 76 is used as D L.

今、Dが75とすると、第3の誤差は、式(1)により−78f[=(75−133)/(59−133)]になる。 Assuming that D x is 75, the third error is −78f [= (75-133) / (59-133)] according to the equation (1).

―広レンジ時間差の算出(図2のS10)―
最後に、演算制御部54は、カウンタ回路8のカウント数に対応する時間t、第1の誤差t、第2の誤差t、および第3の誤差tに基づいて、第1の信号12と第2の信号14との時間差(=t+t+t+t)を算出する。
-Calculation of wide range time difference (S10 in Fig. 2)-
Finally, the arithmetic control unit 54 determines the first time based on the time t 0 , the first error t 1 , the second error t 2 , and the third error t 3 corresponding to the count number of the counter circuit 8. A time difference (= t 0 + t 1 + t 2 + t 3 ) between the signal 12 and the second signal 14 is calculated.

例えば、t、t、t、およびtが、それぞれ1200ps、200ps、7ps、および−78fsの場合、演算制御部54は、14006.922fsを算出する。この値のダイナミックレンジは8桁である。t=1200psに対応するカウント数は、1桁程度である。カウンタ回路8のカウント数は容易に数桁に及ぶので、ダイナミックレンジは更に広くなる。 For example, when t 0 , t 1 , t 2 , and t 3 are 1200 ps, 200 ps, 7 ps, and −78 fs, respectively, the arithmetic control unit 54 calculates 14006.992 fs. The dynamic range of this value is 8 digits. The count corresponding to t 0 = 1200 ps is about one digit. Since the count number of the counter circuit 8 easily reaches several digits, the dynamic range is further widened.

本実施の形態で測定される各時間t〜tのダイナミックレンジは、高々3桁程度である。しかし、本実施の形態では、上述したように測定精度を上げながら複数段階の誤差検出を行うことで、8桁以上の広いダイナミックレンジを実現している。 The dynamic range of each time t 0 to t 3 measured in the present embodiment is about three digits at most. However, in this embodiment, as described above, a wide dynamic range of 8 digits or more is realized by performing error detection in a plurality of stages while increasing measurement accuracy.

また、本実施の形態のTDC2aは、遅延回路をリング状に接続して入力信号を遅延させる。従って、本実施の形態のTDC2aよれば、少数の遅延回路で入力信号を長時間遅延させることができる。故に、本実施の形態によれば、TDC装置を容易に小型化することができる。   Further, the TDC 2a of the present embodiment delays an input signal by connecting delay circuits in a ring shape. Therefore, according to the TDC 2a of the present embodiment, the input signal can be delayed for a long time with a small number of delay circuits. Therefore, according to the present embodiment, the TDC device can be easily downsized.

ところで、第1のパルス列生成部32aと第2のパルス列生成部32bのパルス生成周期Tが僅かにずれていても、カウンタ回路8のカウント数が大きい場合、時間差の測定値と実際の時間差のずれが大きくなる。従って、このようなずれが生じないように、時間差の測定開始前に第1および第2の遅延回路38a,38bの遅延時間を調整しておくことが好ましい。遅延回路の遅延時間を調整するには、例えば、遅延回路に微小キャパシタを接続すればよい。第1および第2のパルスの生成周期Tのずれを検出するには、例えば、第1の信号および第2の信号を同時にTDC2に入力し、第1のパルスと第2のパルスが相当数生成された後に、両パルスの時間差をSTDC50等で測定すればよい。   By the way, even if the pulse generation periods T of the first pulse train generation unit 32a and the second pulse train generation unit 32b are slightly shifted, if the count number of the counter circuit 8 is large, the measured value of the time difference is shifted from the actual time difference. Becomes larger. Therefore, it is preferable to adjust the delay times of the first and second delay circuits 38a and 38b before starting the measurement of the time difference so that such a deviation does not occur. In order to adjust the delay time of the delay circuit, for example, a minute capacitor may be connected to the delay circuit. In order to detect a shift in the generation period T of the first and second pulses, for example, the first signal and the second signal are simultaneously input to the TDC 2 and a considerable number of first and second pulses are generated. Then, the time difference between the two pulses may be measured with the STDC 50 or the like.

(実施の形態3)
図26は、本実施の形態のTDC2bの構成図である。本実施の形態のTDC2bの構造および動作は、実施の形態2のTDC2aと略同じである。すなわち、本TDC2bは、図26に示すように、第1のパルス生成部4A、第2のパルス生成部6A、カウンタ回路8A、および誤差検出部10A(以下、第1のパルス生成部4A等と呼ぶ)を有している。尚、TDC2aを示す図13と図26では、第1のパルス生成部4Aと第2のパルス生成部6Aの位置が入れ替わっている。
(Embodiment 3)
FIG. 26 is a configuration diagram of the TDC 2b according to the present embodiment. The structure and operation of TDC 2b in the present embodiment are substantially the same as TDC 2a in the second embodiment. That is, as shown in FIG. 26, the TDC 2b includes a first pulse generator 4A, a second pulse generator 6A, a counter circuit 8A, and an error detector 10A (hereinafter referred to as the first pulse generator 4A, etc.). Called). In FIG. 13 and FIG. 26 showing the TDC 2a, the positions of the first pulse generation unit 4A and the second pulse generation unit 6A are switched.

但し、本TDC2bは、図26に示すように、第1の信号が入力する第1の入力端子20Aに加え第1の信号の反転信号が入力する第1の反転入力端子/20Aを有している。また、本TDC2bは、第2の信号が入力する第2の入力端子20Bに加え第2の信号の反転信号が入力する第2の反転入力端子/20Bを有している。そして、第1のパルス生成部4A等は、正転入力信号および反転入力信号が入力され、正転出力信号および反転出力信号を出力する。これら正転入力信号および反転入力信号は、実質的に同時に入力される。また、正転出力信号と反転出力信号の遅延時間は、実質的に等しい。第1のパルス生成部4A等が有する回路等についても、同様である。   However, as shown in FIG. 26, the TDC 2b has a first inverting input terminal / 20A to which an inverted signal of the first signal is input in addition to the first input terminal 20A to which the first signal is input. Yes. The TDC 2b has a second inverting input terminal / 20B to which an inverted signal of the second signal is input in addition to the second input terminal 20B to which the second signal is input. Then, the first pulse generation unit 4A and the like receive the normal input signal and the inverted input signal, and output the normal output signal and the inverted output signal. These normal input signal and inverted input signal are inputted substantially simultaneously. Further, the delay times of the normal output signal and the inverted output signal are substantially equal. The same applies to the circuits and the like included in the first pulse generator 4A and the like.

(1)第1のパルス生成部
第1のパルス生成部4Aは、実施の形態2の第1のパルス生成部4aと同様に、第1の遅延回路ユニット32A、第1の反転遅延回路34A、および第1のゲート回路36A(以下、第1の遅延回路ユニット32A等と呼ぶ)を有している。但し、第1の遅延回路ユニット32A等は、正転入力信号および反転入力信号が入力され、正転出力信号および反転出力信号を出力する。
(1) First Pulse Generation Unit The first pulse generation unit 4A is similar to the first pulse generation unit 4a of the second embodiment in that the first delay circuit unit 32A, the first inversion delay circuit 34A, And a first gate circuit 36A (hereinafter referred to as a first delay circuit unit 32A or the like). However, the first delay circuit unit 32A and the like receive a normal input signal and an inverted input signal, and output a normal output signal and an inverted output signal.

第1の遅延回路ユニット32A等は、正転入力信号を実施の形態2の第1の遅延回路ユニット32a等と同様に遅延させて、正転出力信号として出力する。更に、第1の遅延回路ユニット32A等は、反転入力信号(正転入力信号の反転信号)を遅延させて、反転出力信号(正転出力信号の反転信号)として出力する。   The first delay circuit unit 32A and the like delay the normal rotation input signal in the same manner as the first delay circuit unit 32a and the like of the second embodiment, and output it as a normal rotation output signal. Further, the first delay circuit unit 32A and the like delay the inverted input signal (inverted signal of the normal input signal) and output it as an inverted output signal (inverted signal of the normal output signal).

―第1の遅延回路ユニット―
第1の遅延回路ユニット32Aは、図26に示すように、縦列接続された第1の遅延回路38Aを備えている。図27は、第1の遅延回路38A(可変遅延回路44Aを除く)の一例を説明する回路図である。図27に示すように、遅延回路38Aは、正転遅延部84と反転遅延部86を有している。正転遅延部84および反転遅延部86の構造は、実施の形態2の第1の遅延回路38aと略同じである(図14参照)。
-First delay circuit unit-
As shown in FIG. 26, the first delay circuit unit 32A includes first delay circuits 38A connected in cascade. FIG. 27 is a circuit diagram illustrating an example of the first delay circuit 38A (excluding the variable delay circuit 44A). As illustrated in FIG. 27, the delay circuit 38A includes a normal rotation delay unit 84 and an inversion delay unit 86. The structures of the forward delay section 84 and the inversion delay section 86 are substantially the same as those of the first delay circuit 38a of the second embodiment (see FIG. 14).

正転遅延部84の入力部は、正転入力部88に接続されている。また、正転遅延部84の出力部は、正転出力部90に接続されている。同様に、反転遅延部86の入力部および出力部は、それぞれ反転入力部92および反転出力部94に接続されている。   The input unit of the normal rotation delay unit 84 is connected to the normal rotation input unit 88. The output unit of the normal rotation delay unit 84 is connected to the normal rotation output unit 90. Similarly, the input unit and the output unit of the inverting delay unit 86 are connected to the inverting input unit 92 and the inverting output unit 94, respectively.

第1の遅延回路38Aは、実施の形態2の第1の遅延回路38aと同様、正転入力部88に入力される正転入力信号を所定の時間遅らせて、正転遅延部90から正転出力信号として出力する。同様に、第1の遅延回路38Aは、反転入力部92に入力された反転入力信号を所定の時間遅延させて、反転遅延部94から、反転出力信号して出力する。正転遅延部84と反転遅延部86の遅延時間は、実質的に等しい。   Similarly to the first delay circuit 38a of the second embodiment, the first delay circuit 38A delays the normal rotation input signal input to the normal rotation input unit 88 by a predetermined time and outputs the normal rotation from the normal rotation delay unit 90. Output as a force signal. Similarly, the first delay circuit 38A delays the inverting input signal input to the inverting input unit 92 for a predetermined time, and outputs the inverted output signal from the inverting delay unit 94 as an inverted output signal. The delay times of the forward rotation delay unit 84 and the inversion delay unit 86 are substantially equal.

第1のパルス列発生部6Aの初段の可変遅延回路44Aは、他の遅延回路38Aと同様、正転遅延部と反転遅延部を有している。可変遅延回路44Aの正転遅延部および反転遅延部は、図15参照を参照して説明した実施の形態2の可変遅延回路44aと略同じ構造を有している。従って、可変遅延回路44Aは、正転入力信号および反転入力信号を所定の時間遅延させて出力する。また、可変遅延回路44Aは、第1のタイミング制御回路4Aの制御信号にしたがって、正転入力信号および反転入力信号を上記所定の時間より長い時間遅らせて出力する。   The variable delay circuit 44A in the first stage of the first pulse train generation unit 6A has a normal rotation delay unit and an inversion delay unit, like the other delay circuits 38A. The normal delay section and the inversion delay section of the variable delay circuit 44A have substantially the same structure as the variable delay circuit 44a of the second embodiment described with reference to FIG. Therefore, the variable delay circuit 44A delays the normal input signal and the inverted input signal for a predetermined time and outputs them. In addition, the variable delay circuit 44A delays and outputs the normal input signal and the inverted input signal for a time longer than the predetermined time in accordance with the control signal of the first timing control circuit 4A.

―第1の反転遅延回路―
第1の反転遅延回路34Aは、図27の第1の遅延回路38Aと略同じ構造を有している。但し、第1の反転遅延回路34Aの正転遅延部の出力84は、反転出力部94に接続されている。一方、反転遅延部86の出力は、正転出力部90に接続されている。従って、第1の反転遅延回路34Aは、入力信号を反転して出力する反転遅延回路として機能する。更に、第1の反転遅延回路34Aの正転遅延部および反転遅延部は、電源とグランドの間にスイッチを有している。
-First inversion delay circuit-
The first inversion delay circuit 34A has substantially the same structure as the first delay circuit 38A in FIG. However, the output 84 of the normal delay part of the first inverting delay circuit 34A is connected to the inverting output part 94. On the other hand, the output of the inversion delay unit 86 is connected to the normal output unit 90. Accordingly, the first inversion delay circuit 34A functions as an inversion delay circuit that inverts and outputs the input signal. Furthermore, the normal rotation delay unit and the inversion delay unit of the first inversion delay circuit 34A have a switch between the power supply and the ground.

図28は、第1の反転遅延回路34Aの正転遅延部84a一例を説明する回路図である。図28に示すように、正転遅延部84aは、第1の遅延回路38Aの正転遅延部84と略同じ構造の本体部分96を有している。更に、正転遅延部84aは、正転遅延部96を電源VDDおよびグランドGから切り離す一対のスイッチ98a,98bを有している。これら一対のスイッチ98a, 98bが開閉することで、入力部88aと出力部90aの間が接続または遮断される。スイッチ98a,98bは、第1のタイミング制御回路42Aの制御信号にしたがって開閉する。第1の反転遅延回路34Aの反転遅延部も、正転遅延部と略同じ構造および機能を有している。従って、第1の反転遅延回路34Aは、第1の反転遅延回路34Aの出力をON/OFFするスイッチ回路としても機能する。 FIG. 28 is a circuit diagram for explaining an example of the normal rotation delay unit 84a of the first inversion delay circuit 34A. As shown in FIG. 28, the normal rotation delay unit 84a has a main body portion 96 having substantially the same structure as the normal rotation delay unit 84 of the first delay circuit 38A. Further, the normal rotation delay unit 84a includes a pair of switches 98a and 98b that disconnect the normal rotation delay unit 96 from the power source V DD and the ground G. By opening and closing the pair of switches 98a and 98b, the input unit 88a and the output unit 90a are connected or disconnected. The switches 98a and 98b open and close according to the control signal of the first timing control circuit 42A. The inversion delay unit of the first inversion delay circuit 34A also has substantially the same structure and function as the normal rotation delay unit. Therefore, the first inversion delay circuit 34A also functions as a switch circuit that turns ON / OFF the output of the first inversion delay circuit 34A.

―第1のゲート回路―
第1のゲート回路36Aは、第1のスイッチ回路40Aと、第1のタイミング制御回路42Aを有している。第1のタイミング制御回路42Aの構造および機能は、実施の形態2の第1のタイミング制御回路42aと略同じである。
-First gate circuit-
The first gate circuit 36A includes a first switch circuit 40A and a first timing control circuit 42A. The structure and function of the first timing control circuit 42A are substantially the same as those of the first timing control circuit 42a of the second embodiment.

第1のスイッチ回路40Aは、図28を参照して説明した第1の反転遅延回路38Aと略同じ構造を有している。但し、正転遅延部の出力は正転出力部に接続され、反転遅延部の出力は反転出力部に接続されている。従って、第1のスイッチ回路40Aは、TDC2bの入力部20B,/20Bと第1のパルス列生成部6Aを接続または遮断するスイッチ回路として機能する。   The first switch circuit 40A has substantially the same structure as the first inversion delay circuit 38A described with reference to FIG. However, the output of the normal delay part is connected to the normal output part, and the output of the reverse delay part is connected to the reverse output part. Therefore, the first switch circuit 40A functions as a switch circuit that connects or disconnects the input units 20B and / 20B of the TDC 2b and the first pulse train generation unit 6A.

(2)第2のパルス生成部
第2のパルス生成部6Aは、第1のパルス生成部4Aと略同じ構造および機能を有している。但し、第2の遅延回路ユニット32Bの初段の遅延回路44Bは可変遅延回路ではなく、他の遅延回路38Bと略構造および遅延時間を有している。
(2) Second Pulse Generation Unit The second pulse generation unit 6A has substantially the same structure and function as the first pulse generation unit 4A. However, the first-stage delay circuit 44B of the second delay circuit unit 32B is not a variable delay circuit, and has substantially the same structure and delay time as the other delay circuits 38B.

(3)スイッチ回路48A等
スイッチ回路48A、カウンタ回路8A、およびSTDC50Aの構造および機能は、実施の形態2の各回路等と略同じである。但し、これらの装置は、第1のパルス列発生部4Aおよび第2のパルス列発生部6Aから供給される正転信号および反転信号を処理する。
(3) Switch circuit 48A, etc. The structures and functions of the switch circuit 48A, the counter circuit 8A, and the STDC 50A are substantially the same as those of the second embodiment. However, these devices process a normal signal and an inverted signal supplied from the first pulse train generator 4A and the second pulse train generator 6A.

以上の構造により、TDC2bは、実施の形態2のTDC2aと同様に、第1の入力端子20Aに入力される第1の信号と第2の入力端子20Bに入力される第2の信号の時間差を測定する。本実施の形態によれば、略CMOSインバータ回路だけで第1および第2のパルス列生成部4A,6A(第1および第2のタイミング制御部を除く)を形成することができるので、各回路の遅延時間のばらつきが小さくなる。   With the above structure, the TDC 2b, like the TDC 2a of the second embodiment, calculates the time difference between the first signal input to the first input terminal 20A and the second signal input to the second input terminal 20B. taking measurement. According to the present embodiment, the first and second pulse train generation units 4A and 6A (excluding the first and second timing control units) can be formed only by a substantially CMOS inverter circuit. Variation in delay time is reduced.

(実施の形態4)
図29は、本実施の形態のTDC2cの構成図である。本TDC2cは、図29に示すように、第1のパルス列生成部4aと、第2のパルス列生成部6aと、カウンタ回路8と、誤差検出部10cを有している。
(Embodiment 4)
FIG. 29 is a configuration diagram of the TDC 2c according to the present embodiment. As shown in FIG. 29, the TDC 2c includes a first pulse train generator 4a, a second pulse train generator 6a, a counter circuit 8, and an error detector 10c.

第1のパルス列生成部4aの構造および動作は、実施の形態2の第1のパルス列生成部4aと略同じである。また、第2のパルス列生成部6a及びカウンタ回路8の構造および動作も、実施の形態2の第2のパルス列生成部6aおよびカウンタ回路8と略同じである。   The structure and operation of the first pulse train generator 4a are substantially the same as those of the first pulse train generator 4a of the second embodiment. The structures and operations of the second pulse train generation unit 6a and the counter circuit 8 are also substantially the same as those of the second pulse train generation unit 6a and the counter circuit 8 of the second embodiment.

誤差検出部10cは、実施の形態2と同様、STDC50と演算制御部54cを有している(図13参照)。但し、誤差検出部10cは、スイッチ回路48を有していない。STDC50の構造および動作は、実施の形態2のSTDC50と略同じである。また、演算制御部54cの構造は、実施の形態2の演算制御部54と略同じである。演算制御部54cの動作は、以下に説明する通りである。   The error detection unit 10c includes an STDC 50 and a calculation control unit 54c as in the second embodiment (see FIG. 13). However, the error detection unit 10 c does not have the switch circuit 48. The structure and operation of STDC 50 are substantially the same as STDC 50 of the second embodiment. The structure of the arithmetic control unit 54c is substantially the same as the arithmetic control unit 54 of the second embodiment. The operation of the arithmetic control unit 54c is as described below.

図30は、TDC2cの動作を説明するフローチャートである。第1のパルス列生成部4aは、図4に示すように、第1の信号12に応答して所定の周期Tで繰返される第1のパルス16の生成を開始する。また、カウンタ回路8は、第1の信号12に応答して、第1のパルスのカウントを開始する。   FIG. 30 is a flowchart for explaining the operation of the TDC 2c. As shown in FIG. 4, the first pulse train generator 4 a starts generating the first pulse 16 that is repeated at a predetermined period T in response to the first signal 12. The counter circuit 8 starts counting the first pulse in response to the first signal 12.

演算制御部54cは、実施の形態2の演算制御部54と同様、第2の信号14が入力する時のカウンタ回路8のカウント数に基づく時間tを、第1の信号12と第2の信号14の時間差として算出する(S82)。 Similar to the calculation control unit 54 of the second embodiment, the calculation control unit 54c sets the time t 0 based on the count number of the counter circuit 8 when the second signal 14 is input to the first signal 12 and the second signal The time difference of the signal 14 is calculated (S82).

カウンタ回路8のカウント数に基づく時間tは、第1の信号12と第2の信号14の時間差Δと第1の残余時間tover1分異なっている(図4参照)。誤差検出部10cは、この第1の残余時間tover1に略等しい時間を、第4の誤差として検出する。図31は、第4の誤差検出手順(S84)を説明するタイムチャートである。 The time t 0 based on the count number of the counter circuit 8 is different from the time difference Δ between the first signal 12 and the second signal 14 by the first remaining time t over1 (see FIG. 4). The error detection unit 10c detects a time substantially equal to the first remaining time t over1 as a fourth error. FIG. 31 is a time chart for explaining the fourth error detection procedure (S84).

図6を参照して説明したように、第1の残余時間tover1は、第1のパルス16と第2のパルス26の時間差t'over1に等しい。 As described with reference to FIG. 6, the first remaining time t over1 is equal to the time difference t ′ over1 between the first pulse 16 and the second pulse 26.

演算制御部54cは、第1のパルス列生成部4aの初段の可変遅延回路44aの遅延時間を増加させることにより、第1のパルス16を所定のシフト時間tfずつシフトさせる(図31参照)。演算制御部54cは、第1のパルス16をシフトさせるたびに、第1のパルスの立ち上がりエッジRE16と第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26との時間差100に対応するSTD50の出力コードDtdcを読み出す。演算制御部54cは、読み出した出力コードDtdcに基づき、時間差100の絶対値がシフト時間tfの半分以下であるか判断する。 The arithmetic control unit 54c shifts the first pulse 16 by a predetermined shift time tf by increasing the delay time of the first stage variable delay circuit 44a of the first pulse train generation unit 4a (see FIG. 31). The arithmetic control unit 54c reads the output code D tdc of the STD 50 corresponding to the time difference 100 between the rising edge RE16 of the first pulse and the rising edge RE26 of the second pulse 26 every time the first pulse 16 is shifted. . The arithmetic control unit 54c determines whether the absolute value of the time difference 100 is equal to or less than half of the shift time tf based on the read output code D tdc .

演算制御部54cは、時間差100の絶対値がシフト時間tfの半分以下になったと判断すると、その時の第1のパルス16のシフト回数N4およびSTDC50の出力コードDtdcを記録する。演算制御部54cは、第1のパルス16のシフトの回数N4に対応する時間(=tf×N4)を、第4の誤差tとして算出する(S84)。以上の手順(S84)は、図23及び24を参照して説明した、隣接パルス30をシフトさせて第2の誤差を検出する実施の形態2の手順と略同じである。 When the arithmetic control unit 54c determines that the absolute value of the time difference 100 has become half or less of the shift time tf, the arithmetic control unit 54c records the number of shifts N4 of the first pulse 16 and the output code D tdc of the STDC 50 at that time. Arithmetic control unit 54c, the time corresponding to the number N4 of the shift of the first pulse 16 (= tf × N4), is calculated as a fourth error t 4 (S84). The above procedure (S84) is substantially the same as the procedure of the second embodiment that detects the second error by shifting the adjacent pulse 30 described with reference to FIGS.

更に、演算制御部54cは、実施の形態2の第3の誤差検出手順(図25)と同様に、メモリに記録した出力コードDtdcを読み出して時間差100を、第5の誤差tと算出する(S86)。 Furthermore, the calculation control unit 54c, similar to the third error detection procedure of the second embodiment (FIG. 25), the time difference 100 reads the output code D tdc recorded in the memory, calculating a fifth error t 5 (S86).

最後に、演算制御部54cは、カウント数に基づく時間t、第4の誤差t、および第5の誤差tに基づいて、第1の信号12と第2の信号14の時間差Δ(=t+t+t)を算出する(S88)。 Finally, the arithmetic control unit 54c, based on the time t 0 based on the count number, the fourth error t 4 , and the fifth error t 5 , calculates the time difference Δ () between the first signal 12 and the second signal 14. = T 0 + t 4 + t 5 ) is calculated (S88).

図29に示すように、本実施の形態のTDC2cは、スイッチ回路48(図13参照)を有していない。従って、本実施の形態によれば、時間デジタル変換装置を小型化することができる。   As shown in FIG. 29, the TDC 2c of the present embodiment does not have the switch circuit 48 (see FIG. 13). Therefore, according to the present embodiment, the time digital conversion device can be reduced in size.

尚、図29に示す例では、第1のパルス列生成部4aは、反転遅延回路34aを一つだけ有している。しかし、第1のパルス列生成部4aは、複数の反転遅延回路(可変遅延回路44aを含む)を有してもよい。例えば、第1のパルス列生成部4aは、反転遅延回路だけを有していてもよい。このような場合には、パルスが繰り返し生成されるように、第1のパルス列生成部4aが有する反転遅延回路の数を奇数にする。第2のパルス列生成部26についても、同様である。   In the example shown in FIG. 29, the first pulse train generator 4a has only one inversion delay circuit 34a. However, the first pulse train generation unit 4a may include a plurality of inversion delay circuits (including the variable delay circuit 44a). For example, the first pulse train generation unit 4a may have only an inversion delay circuit. In such a case, the number of inversion delay circuits included in the first pulse train generation unit 4a is set to an odd number so that the pulses are repeatedly generated. The same applies to the second pulse train generator 26.

本実施の形態では、第1の可変遅延回路44aをシフト時間tf分長くして、第4の誤差tを算出している。しかし、可変遅延回路44aの遅延時間tをシフト時間tf分短くして、第4の誤差tを算出してもよい。この場合、第1のパルスの周期をTとすると、第1の信号12と第2の信号14の時間差Δはt+T-t+tになる。 In this embodiment, in the first variable delay circuit 44a shifts the time tf longer by, and calculates the fourth error t 4. However, the variable delay circuit 44a delays time by the t c shift time tf minute short of, may calculate the fourth error t 4. In this case, when the period of the first pulse is T, the time difference Δ between the first signal 12 and the second signal 14 is t 0 + T−t 4 + t 5 .

(実施の形態5)
図32は、本実施の形態のTDC2dの構成図である。図32に示すように、TDC2dの構造は、実施の形態のTDC2cと略同じである。但し、第1のパルス列生成部4dが有する第3の遅延回路ユニット32cの初段の遅延回路44cは可変遅延回路ではなく、他の第1の遅延回路38aと実質的に等しい一つの遅延時間tを有している。また、第2のパルス列生成部6dが有する第4の遅延回路ユニット32dの初段の遅延回路44dは、他の第2の遅延回路38bの遅延時間tよりシフト時間tf分短い遅延時間を有している。
(Embodiment 5)
FIG. 32 is a configuration diagram of the TDC 2d according to the present embodiment. As shown in FIG. 32, the structure of the TDC 2d is substantially the same as the TDC 2c of the embodiment. However, the first-stage delay circuit 44c of the third delay circuit unit 32c included in the first pulse train generation unit 4d is not a variable delay circuit, but one delay time t c substantially equal to the other first delay circuits 38a. have. Further, the first stage delay circuit 44d of the fourth delay circuit unit 32d having a second pulse train generating unit 6d includes a shift time tf min shorter delay time than the delay time t c of the other of the second delay circuit 38b ing.

TDC2dの動作は、図30を参照して説明した実施の形態4のTDC2cと略同じである。但し、パルスシフトに基づく第4の誤差検出手順(ステップ84)が、実施の形態4のTDC2cの動作とは異なっている。   The operation of the TDC 2d is substantially the same as the TDC 2c of the fourth embodiment described with reference to FIG. However, the fourth error detection procedure (step 84) based on the pulse shift is different from the operation of the TDC 2c of the fourth embodiment.

図33は、本実施の形態における第4の誤差検出手順を説明するタイムチャートである。上述したように、第2のパルス列生成部6dの初段の遅延回路44dの遅延時間は、第1および第2の遅延回路ユニット4d,6dの他の遅延回路の遅延時間よりシフト時間tf分短い。従って、第2のパルス26は、第1のパルス16に向かってこのシフト時間tfずつシフトする。演算制御部54cは、第1のパルス16の立ち上がりエッジRE16と第2のパルス26の立ち上がりエッジRE26との時間差の絶対値が所定のシフト時間tfの半分以下になる時のシフト回数N5に対応する時間(=tf×N5)を第4の誤差tとして算出する。本実施の形態では、この第4の誤差tを用いて、第1のパルス12と第2のパルス14の時間差Δを検出する。 FIG. 33 is a time chart for explaining a fourth error detection procedure in the present embodiment. As described above, the delay time of the first delay circuit 44d of the second pulse train generation unit 6d is shorter than the delay time of the other delay circuits of the first and second delay circuit units 4d and 6d by the shift time tf. Accordingly, the second pulse 26 is shifted by the shift time tf toward the first pulse 16. The arithmetic control unit 54c corresponds to the number of shifts N5 when the absolute value of the time difference between the rising edge RE16 of the first pulse 16 and the rising edge RE26 of the second pulse 26 is equal to or less than half of the predetermined shift time tf. calculates time (= tf × N5) as a fourth error t 4. In the present embodiment, the time difference Δ between the first pulse 12 and the second pulse 14 is detected using the fourth error t 4 .

図32に示すように、本実施の形態のTDC2dは、スイッチ回路48(図13参照)を有していない。従って、本実施の形態によれば、時間デジタル変換装置を小型化することができる。   As shown in FIG. 32, the TDC 2d of the present embodiment does not have the switch circuit 48 (see FIG. 13). Therefore, according to the present embodiment, the time digital conversion device can be reduced in size.

図32の例では、第1および第2のパルス列生成部4d,6dが有する反転遅延回路の数は一つである。しかし、実施の形態4と同様に、第1および第2のパルス列生成部4d,6dは奇数個の反転遅延回路を有していてもよい。   In the example of FIG. 32, the first and second pulse train generation units 4d and 6d have one inversion delay circuit. However, as in the fourth embodiment, the first and second pulse train generation units 4d and 6d may have an odd number of inversion delay circuits.

ところで、実施の形態1〜4では、第1のパルス生成部が有する遅延回路ユニットの初段の可変遅延回路の遅延時間を長くすることで、隣接パルス(または、第1のパルス)に向かって第2のパルスをシフトさせている。しかし、本実施の形態のように、第2のパルス生成部が有する遅延回路ユニットの初段の遅延回路の遅延時間を短くすることで、隣接パルス(または、第1のパルス)に第2のパルスを向かってシフトさせてもよい。このような手順によっても、第2の誤差t(または、第4の誤差t)を検出することができる。 By the way, in the first to fourth embodiments, the delay time of the first variable delay circuit of the delay circuit unit included in the first pulse generation unit is increased to increase the delay time toward the adjacent pulse (or the first pulse). 2 pulses are shifted. However, as in this embodiment, the delay time of the first delay circuit of the delay circuit unit included in the second pulse generation unit is shortened, so that the second pulse is added to the adjacent pulse (or the first pulse). May be shifted toward. The second error t 2 (or the fourth error t 4 ) can also be detected by such a procedure.

以上の実施の形態では隣接パルス(または、第1のパルス)および第2のパルスのいずれか一方を他方に向かってシフトさせて、第2の誤差(または、第4の誤差)を検出している。しかし、隣接パルス(または、第1のパルス)および第2のパルスの双方を他方に向かってシフトさせて、2の誤差(または、第4の誤差)を検出してもよい。この場合、双方のパルスのシフト回数の総数に基づいて、第2の誤差t(または、第4の誤差t)を検出することができる。 In the above embodiment, either the adjacent pulse (or the first pulse) or the second pulse is shifted toward the other to detect the second error (or the fourth error). Yes. However, both the adjacent pulse (or the first pulse) and the second pulse may be shifted toward the other to detect the two errors (or the fourth error). In this case, the second error t 2 (or the fourth error t 4 ) can be detected based on the total number of shifts of both pulses.

以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。   Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.

(付記1)
第1の信号に応答して、所定の周期で繰返される第1のパルスの生成を開始する第1のパルス列生成部と、
前記第1の信号に応答して、前記第1のパルスのカウントを開始するカウンタ回路と、
入力端子が互いに接続され更にクロック端子が互いに接続される複数の遅延フリップフロップを有するストキャスティック型時間デジタル変換装置とを含み
第2の信号が入力する時の前記カウンタ回路のカウント数に基づく第1の時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出する
時間デジタル変換装置。
(Appendix 1)
In response to the first signal, a first pulse train generator that starts generating the first pulse repeated at a predetermined period;
A counter circuit that starts counting the first pulse in response to the first signal;
A stochastic time-to-digital converter having a plurality of delay flip-flops whose input terminals are connected to each other and whose clock terminals are connected to each other, the first based on the count number of the counter circuit when the second signal is input A time-to-digital conversion device that detects the time of time as a time difference between the first signal and the second signal.

(付記2)
付記1に記載の時間デジタル変換装置において、
前記第1のパルス列生成部は、それぞれが前記第1のパルスより所定の遅延時間ずつ遅れて立ち上がる複数の遅延パルスを繰り返し生成し、
更に、第2の信号に応答して、前記所定の周期で繰り返される第2のパルスの生成を開始する第2のパルス列生成部と、
前記第1のパルスおよび前記遅延パルスのエッジの中で前記第2のパルスの立ち上がりエッジに隣接する一対の隣接エッジの一方と前記第1のパルスの立ち上がりエッジとの時間差を、第1の誤差として検出する誤差検出部を有し、
前記第1の時間と前記第1の誤差に基づく第2の時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
(Appendix 2)
In the time digital conversion device according to attachment 1,
The first pulse train generation unit repeatedly generates a plurality of delay pulses each rising after a predetermined delay time from the first pulse,
Further, in response to a second signal, a second pulse train generation unit that starts generating a second pulse that is repeated at the predetermined period;
Of the edges of the first pulse and the delayed pulse, the time difference between one of a pair of adjacent edges adjacent to the rising edge of the second pulse and the rising edge of the first pulse is defined as a first error. Having an error detection unit to detect,
A time-to-digital conversion apparatus, wherein a second time based on the first time and the first error is detected as a time difference between the first signal and the second signal.

(付記3)
付記2に記載の時間デジタル変換装置において、
前記誤差検出部は、前記隣接エッジの一方を有する隣接パルスおよび前記第2のパルスのいずれか一方または双方を他方に向かって所定のシフト時間ずつシフトさせ、前記第2のパルスの立ち上がりエッジと前記隣接エッジの一方との時間差の絶対値が前記所定のシフト時間の半分以下になる時における前記隣接パルスおよび前記第2のパルスのシフト回数に基づく第2の時間を第2の誤差として検出し、
前記第2の時間および前記第2の誤差に基づく第3の時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
(Appendix 3)
In the time digital conversion device according to attachment 2,
The error detection unit shifts one or both of the adjacent pulse having one of the adjacent edges and the second pulse toward the other by a predetermined shift time, and the rising edge of the second pulse and the second pulse Detecting a second time based on the number of shifts of the adjacent pulse and the second pulse as a second error when the absolute value of the time difference from one of the adjacent edges is less than half of the predetermined shift time;
A time-to-digital conversion device, wherein a third time based on the second time and the second error is detected as a time difference between the first signal and the second signal.

(付記4)
付記3に記載の時間デジタル変換装置において、
前記誤差検出部は、更に前記絶対値が前記シフト時間の半分以下になる時の前記隣接エッジの一方と前記第2のパルスの立ち上りエッジとの時間差を第3の誤差として検出し、
前記第3の時間と前記第3の誤差に基づく時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
(Appendix 4)
In the time digital conversion device according to attachment 3,
The error detection unit further detects a time difference between one of the adjacent edges and the rising edge of the second pulse when the absolute value is equal to or less than half of the shift time as a third error,
A time-to-digital conversion apparatus, wherein a time based on the third time and the third error is detected as a time difference between the first signal and the second signal.

(付記5)
付記1乃至4のいずれか1項に記載の時間デジタル変換装置において、
前記第1のパルス列生成部は、
入力信号を前記所定の時間遅らせて出力する所定数の第1の遅延回路を有し、前記第1の遅延回路が縦列に接続された第1の遅延回路ユニットと、
前記第1の遅延回路ユニットの最終段の前記第1の遅延回路の出力部に入力部が接続され、入力信号を反転するとともに当該入力信号を前記所定の遅延時間遅らせて出力する第1の反転遅延回路と、
前記第1の遅延回路ユニットの初段の前記第1の遅延回路の入力部に前記第1の信号を供給し、その後前記第1の遅延回路ユニットの初段の前記第1の遅延回路の入力部に前記第1の反転遅延回路の出力部を接続する第1のゲート回路とを有することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
(Appendix 5)
In the time digital conversion device according to any one of appendices 1 to 4,
The first pulse train generator is
A first delay circuit unit having a predetermined number of first delay circuits for outputting an input signal delayed by the predetermined time, wherein the first delay circuits are connected in cascade;
An input section is connected to the output section of the first delay circuit at the final stage of the first delay circuit unit, and inverts the input signal and outputs the input signal after delaying the predetermined delay time. A delay circuit;
The first signal is supplied to the input portion of the first delay circuit in the first stage of the first delay circuit unit, and then to the input portion of the first delay circuit in the first stage of the first delay circuit unit. And a first gate circuit for connecting the output section of the first inversion delay circuit.

(付記6)
付記2乃至5のいずれか1項に記載の時間デジタル変換装置において、
前記第2のパルス列生成部は、
入力信号を前記所定の時間遅らせて出力する前記所定数の第2の遅延回路を有し、前記所定数の第2の遅延回路が縦列に接続された第2の遅延回路ユニットと、
前記第2の遅延回路ユニットの最終段の前記第2の遅延回路の出力部に入力部が接続され、入力信号を反転するとともに当該入力信号を前記所定の遅延時間遅らせて出力する第2の反転遅延回路と、
前記第2の遅延回路ユニットの初段の前記第2の遅延回路の入力部に前記第2の信号を供給し、その後前記第2の遅延回路ユニットの初段の前記第2の遅延回路の入力部に前記第2の反転遅延回路の出力部を接続する第2のゲート回路とを有することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
(Appendix 6)
In the time digital conversion device according to any one of appendices 2 to 5,
The second pulse train generator is
A second delay circuit unit having the predetermined number of second delay circuits for outputting the input signal with a delay for the predetermined time, wherein the predetermined number of second delay circuits are connected in cascade;
An input section is connected to the output section of the second delay circuit at the final stage of the second delay circuit unit, and inverts the input signal and outputs the input signal with a delay of the predetermined delay time. A delay circuit;
The second signal is supplied to the input portion of the second delay circuit in the first stage of the second delay circuit unit, and then to the input portion of the second delay circuit in the first stage of the second delay circuit unit. And a second gate circuit connecting the output section of the second inversion delay circuit.

(付記7)
付記4に記載の時間デジタル変換装置において、
前記ストキャスティック型時間デジタル装置は、前記絶対値が前記シフト時間以下になった前記隣接エッジの一方と前記第2のパルスの立ち上りエッジとの時間差を測定することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
(Appendix 7)
In the time digital conversion device according to attachment 4,
The stochastic time digital apparatus measures a time difference between one of the adjacent edges whose absolute value is equal to or less than the shift time and a rising edge of the second pulse.

(付記8)
付記1に記載の時間デジタル変換装置において、
更に、前記第2の信号に応答して、前記所定の周期で繰返される第2のパルスの生成を開始する第2のパルス列生成部と、
前記第1のパルスおよび前記第2のパルスのいずれか一方または双方を所定のシフト時間ずつシフトさせ、前記第1のパルスの立ち上がりエッジと前記第2のパルスの立ち上がりエッジとの時間差の絶対値が前記所定のシフト時間の半分以下になる時の前記第1のパルスおよび第2のパルスのシフト回数に基づく時間を第4の誤差として検出する誤差検出部とを有し、
前記カウント数および前記第4の誤差に基づく時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
(Appendix 8)
In the time digital conversion device according to attachment 1,
Furthermore, in response to the second signal, a second pulse train generation unit that starts generating a second pulse repeated at the predetermined period;
Either or both of the first pulse and the second pulse are shifted by a predetermined shift time, and the absolute value of the time difference between the rising edge of the first pulse and the rising edge of the second pulse is An error detection unit for detecting, as a fourth error, a time based on the number of shifts of the first pulse and the second pulse when the predetermined shift time is half or less,
A time-to-digital conversion apparatus, wherein a time based on the count number and the fourth error is detected as a time difference between the first signal and the second signal.

(付記9)
付記8に記載の時間デジタル変換装置において、
前記誤差検出部は、更に前記絶対値が前記シフト時間の半分以下になった時の前記第1のパルスの立ち上がりエッジと前記第2のパルスの立ち上りエッジとの時間差を第5の誤差として検出し、
前記カウント数、前記第4の誤差、および前記第5の誤差に基づく時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
(Appendix 9)
In the time digital conversion device according to attachment 8,
The error detection unit further detects, as a fifth error, a time difference between the rising edge of the first pulse and the rising edge of the second pulse when the absolute value becomes half or less of the shift time. ,
A time-to-digital converter characterized by detecting a time based on the count number, the fourth error, and the fifth error as a time difference between the first signal and the second signal.

2・・・TDC
4・・・第1のパルス列生成部
6・・・第2のパルス列生成部
8・・・カウンタ回路
10・・・誤差検出部
2 ... TDC
4 ... 1st pulse train generation part 6 ... 2nd pulse train generation part 8 ... Counter circuit 10 ... Error detection part

Claims (6)

第1の信号に応答して、所定の周期で繰返される第1のパルスの生成を開始する第1のパルス列生成部と、
前記第1の信号に応答して、前記第1のパルスのカウントを開始するカウンタ回路と、
入力端子が互いに接続され更にクロック端子が互いに接続される複数の遅延フリップフロップを有するストキャスティック時間デジタル変換装置とを含み
第2の信号が入力する時の前記カウンタ回路のカウント数に基づく第1の時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出する
時間デジタル変換装置。
In response to the first signal, a first pulse train generator that starts generating the first pulse repeated at a predetermined period;
A counter circuit that starts counting the first pulse in response to the first signal;
A stochastic time digital conversion device having a plurality of delay flip-flops having input terminals connected to each other and clock terminals connected to each other, and a first signal based on a count number of the counter circuit when a second signal is input A time digital conversion device that detects time as a time difference between the first signal and the second signal.
請求項1に記載の時間デジタル変換装置において、
前記第1のパルス列生成部は、それぞれが前記第1のパルスより所定の遅延時間ずつ遅れて立ち上がる複数の遅延パルスを繰り返し生成し、
更に、第2の信号に応答して、前記所定の周期で繰り返される第2のパルスの生成を開始する第2のパルス列生成部と、
前記第1のパルスおよび前記遅延パルスのエッジの中で前記第2のパルスの立ち上がりエッジに隣接する一対の隣接エッジの一方と前記第1のパルスの立ち上がりエッジとの時間差を、第1の誤差として検出する誤差検出部を有し、
前記第1の時間と前記第1の誤差に基づく第2の時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
The time digital conversion apparatus according to claim 1,
The first pulse train generation unit repeatedly generates a plurality of delay pulses each rising after a predetermined delay time from the first pulse,
Further, in response to a second signal, a second pulse train generation unit that starts generating a second pulse that is repeated at the predetermined period;
Of the edges of the first pulse and the delayed pulse, the time difference between one of a pair of adjacent edges adjacent to the rising edge of the second pulse and the rising edge of the first pulse is defined as a first error. Having an error detection unit to detect,
A time-to-digital conversion apparatus, wherein a second time based on the first time and the first error is detected as a time difference between the first signal and the second signal.
請求項2に記載の時間デジタル変換装置において、
前記誤差検出部は、前記隣接エッジの一方を有する隣接パルスおよび前記第2のパルスのいずれか一方または双方を他方に向かって所定のシフト時間ずつシフトさせ、前記第2のパルスの立ち上がりエッジと前記隣接エッジの一方との時間差の絶対値が前記所定のシフト時間の半分以下になる時における前記隣接パルスおよび前記第2のパルスのシフト回数に基づく第2の時間を第2の誤差として検出し、
前記第2の時間および前記第2の誤差に基づく第3の時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
In the time digital conversion device according to claim 2,
The error detection unit shifts one or both of the adjacent pulse having one of the adjacent edges and the second pulse toward the other by a predetermined shift time, and the rising edge of the second pulse and the second pulse Detecting a second time based on the number of shifts of the adjacent pulse and the second pulse as a second error when the absolute value of the time difference from one of the adjacent edges is less than half of the predetermined shift time;
A time-to-digital conversion device, wherein a third time based on the second time and the second error is detected as a time difference between the first signal and the second signal.
請求項3に記載の時間デジタル変換装置において、
前記誤差検出部は、更に前記絶対値が前記シフト時間の半分以下になる時の前記隣接エッジの一方と前記第2のパルスの立ち上りエッジとの時間差を第3の誤差として検出し、
前記第3の時間と前記第3の誤差に基づく時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置
In the time digital conversion device according to claim 3,
The error detection unit further detects a time difference between one of the adjacent edges and the rising edge of the second pulse when the absolute value is equal to or less than half of the shift time as a third error,
A time-to-digital converter characterized by detecting a time based on the third time and the third error as a time difference between the first signal and the second signal.
請求項1に記載の時間デジタル変換装置において、
更に、前記第2の信号に応答して、前記所定の周期で繰返される第2のパルスの生成を開始する第2のパルス列生成部と、
前記第1のパルスおよび前記第2のパルスのいずれか一方または双方を所定のシフト時間ずつシフトさせ、前記第1のパルスの立ち上がりエッジと前記第2のパルスの立ち上がりエッジとの時間差の絶対値が前記所定のシフト時間の半分以下になる時の前記第1のパルスおよび第2のパルスのシフト回数に基づく時間を第4の誤差として検出する誤差検出部とを有し、
前記カウント数および前記第4の誤差に基づく時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
The time digital conversion apparatus according to claim 1,
Furthermore, in response to the second signal, a second pulse train generation unit that starts generating a second pulse repeated at the predetermined period;
Either or both of the first pulse and the second pulse are shifted by a predetermined shift time, and the absolute value of the time difference between the rising edge of the first pulse and the rising edge of the second pulse is An error detection unit for detecting, as a fourth error, a time based on the number of shifts of the first pulse and the second pulse when the predetermined shift time is half or less,
A time-to-digital conversion apparatus, wherein a time based on the count number and the fourth error is detected as a time difference between the first signal and the second signal.
請求項5に記載の時間デジタル変換装置において、
前記誤差検出部は、更に前記絶対値が前記シフト時間の半分以下になった時の前記第1のパルスの立ち上がりエッジと前記第2のパルスの立ち上りエッジとの時間差を第5の誤差として検出し、
前記カウント数、前記第4の誤差、および前記第5の誤差に基づく時間を、前記第1の信号と前記第2の信号の時間差として検出することを
特徴とする時間デジタル変換装置。
In the time digital conversion device according to claim 5,
The error detection unit further detects, as a fifth error, a time difference between the rising edge of the first pulse and the rising edge of the second pulse when the absolute value becomes half or less of the shift time. ,
A time-to-digital converter characterized by detecting a time based on the count number, the fourth error, and the fifth error as a time difference between the first signal and the second signal.
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