本发明涉及一种应用于spad探测器的时间数字转换电路，即tdc电路，属于集成电路领域。
背景技术：
时间数字转化器是一种将模拟时间量转换为数字信号的转换电路，用于测量时间间隔。随着光子飞行时间（timeofflight，tof）技术在激光测距领域中的兴起，时间数字转换器变得日益重要，逐渐成为一项关键技术。时间数字转化器的分辨率，直接决定了激光测距的测距精度。而高精度的测距要求在很多应用中都是必不可少的，比如在航天器的对接应用中，测距精度要求达到毫米量级，对应的时间间隔精度要求达到几个皮秒级别。
单光子雪崩二极管（singlephotonavalanchediode，spad）具有光子级探测能力，在激光测距应用中有独特的优势。一个spad单管作为单点测距的探测器，需要集成一个时间数字转换电路，这就要求电路结构不能过于复杂，转换速度必须足够高。
目前，已有技术中，传统的模数转换器电路结构复杂，转换速度和转换精度都不高；已有的时间数字转换电路技术，电路结构设计也不够精简，时间分辨率也很难达到几个皮秒级别。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种应用于spad探测器的时间数字转换电路，电路结构较为简单，时间分辨率也能有所保证。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种应用于spad探测器的时间数字转换电路，采用一系列缓冲器和d触发器，由缓冲器组成上下两条延时链，其中一条延时链的每一级缓冲器输出连接一个d触发器的输入端d端，另一条延时链的每一级缓冲器输出连接相应d触发器的时钟输入端，d触发器的输出端q端为数字信号输出端，用于表征时间间隔的长度。
两条延时链的延迟时间不同，且延迟时间相对较长的一条延时链作为开始信号即start信号的输入延时链，延迟时间相对较短的一条延时链作为结束信号即stop信号的输入延时链。start信号和stop信号可以均由spad探测器给出，以数字脉冲信号形式在延时链上传输。start信号先输入，并在延迟时间较长的延时链上传输，之后stop信号输入并在延迟时间较短的延时链上传输。stop信号在延迟链上快速前进，缩小与start信号间的间距，经过多级缓冲器后stop信号与start信号对齐，此时d触发器在时钟信号变高的时候记录下d端有效信号“1”，并由该d触发器的q端输出。其余d触发器由于在时钟信号变高的时候，d端输入信号均为低，所以q端输出均为0。
有益效果：本发明提供的一种应用于spad探测器的时间数字转换电路，相对于现有技术，具有如下优势：1、电路结构简单，尤其适合与spad探测器片上集成，2、时间分辨率高，通过精确设计两条延时链的延迟时间差，时间分辨率可达到几个皮秒级别。
附图说明
图1为本发明提供的时间数字转换电路的结构示意图；
图2为本发明提供时间数字转换电路的工作时序图示例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示是本发明提供的时间数字转换电路的结构示意图，采用一系列缓冲器和d触发器，由缓冲器组成上下两条延时链，其中一条延时链的每一级缓冲器输出连接一个d触发器的输入端d端，另一条延时链的每一级缓冲器输出连接相应d触发器的时钟输入端，d触发器的输出端q端为数字信号输出端，用于表征时间间隔的长度。
两条延时链的延迟时间不同，且延迟时间相对较长的一条延时链作为开始信号即start信号的输入延时链，延迟时间相对较短的一条延时链作为结束信号即stop信号的输入延时链。start信号和stop信号可以均由spad探测器给出，以数字脉冲信号形式在延时链上传输。start信号先输入，并在延迟时间较长的延时链上传输，之后stop信号输入并在延迟时间较短的延时链上传输。stop信号在延迟链上快速前进，缩小与start信号间的间距，经过多级缓冲器后stop信号与start信号对齐，此时d触发器在时钟信号变高的时候记录下d端有效信号“1”，并由该d触发器的q端输出。其余d触发器由于在时钟信号变高的时候，d端输入信号均为低，所以q端输出均为0。
如图2所示是本发明提供时间数字转换电路的工作时序图示例，一共四组信号，每组信号中均有黑色实线和虚线两个信号，所有实线信号包括start信号、a1信号、a2信号、a3信号，为start输入延时链上的信号，即图1中处于上方的延时链；所有虚线信号包括stop信号、b1信号、b2信号、b3信号，为stop输入延时链上的信号，即图1中处于下方的延时链。其中，每组信号中的两个信号，如start信号与stop信号，a1信号与b1信号，a2信号与b2信号，a3信号与b3信号，是输入到同一个d触发器上的信号。具体的，图2示例中，start输入延时链的延迟时间δt1为5个单位时间，stop输入延时链的延迟时间δt2为4个单位时间，start信号输入延时链后经过7个单位时间stop信号产生并输入延时链。start信号和stop信号分别在各自的延时链中传输，由于stop信号产生时间较晚，且所在延时链延迟时间较短，所以形成了stop输入延时链中信号追赶start输入延时链中信号的情况，即图2中虚线上升沿与实线上升沿之间的间距由上至下不断变小的现象，直至虚线上升沿与实线上升沿交叠，此时d触发器的输出信号为“1”。由于d触发器是电平触发，所以当stop信号赶上并超前start信号，即虚线上升沿在实线上升沿之前时，只要信号依然有交叠，即虚线下降沿还处于实线上升沿之后，d触发器的输出依然为“1”。
通过读取各个触发器的输出q0q1q2……qn的值，可以推算得到start信号与stop信号直接的时间间隔。具体的，q的值应该是中间一段连续的“1”，前后两端全为“0”，取第一个q为“1”的触发器的位次，即qi=1时i的值，乘上时间单位，所得的结果即为所求的时间间隔。
技术特征：
1.一种应用于spad探测器的时间数字转换电路，其特征在于：电路采用一系列缓冲器和d触发器，由缓冲器组成上下两条延时链，其中一条延时链的每一级缓冲器输出连接一个d触发器的输入端d端，另一条延时链的每一级缓冲器输出连接相应d触发器的时钟输入端，d触发器的输出端q端为数字信号输出端，用于表征时间间隔的长度。
2.根据权利要求1所述的应用于spad探测器的时间数字转换电路，其特征还在于：两条延时链的延迟时间是不同的，且延迟时间相对较长的一条延时链作为开始信号即start信号的输入延时链，延迟时间相对较短的一条延时链作为结束信号即stop信号的输入延时链。
技术总结
本发明公开了一种应用于SPAD探测器的时间数字转换电路，采用一系列缓冲器和D触发器，通过游标卡尺原理，实现时间信号到数字信号的转换功能。所述时间数字转换电路中，start信号和stop信号分别在两条延迟速度不同的延时链上传输，经过缓冲器传输后的每一级start信号连接一个D触发器的输入端D端，经过缓冲器传输后的每一级stop信号连接对应的D触发器的时钟输入端，D触发器的输出端Q端即为数字信号输出端。
技术研发人员：毛成;卜晓峰;孔祥顺;吴俊辉
受保护的技术使用者：苏州超锐微电子有限公司
技术研发日：.07.25
技术公布日：.02.07
