توصيفگر ها :
حسگر تصوير , مبدل هاي زمان به ديجيتال , زمان پرواز , تصويرگر سه بعدي
چكيده فارسي :
مبدل زمان به ديجيتال (TDC) براي اندازه‌گيري فاصله زماني بين دو رويداد و كمي كردن آن به يك كد ديجيتال استفاده مي‌شود. كاربرد‌هاي مختلفي وجود دارد كه در آن‌ها از TDC استفاده مي‌شود، مانند زمان پرواز(TOF)، حلقه‌هاي قفل فاز تمام ديجيتال، ارزيابي اعوجاج سيگنال و مبدل‌هاي آنالوگ به ديجيتال .(ADC) همچنين در اين رابطه تصويربرداري سه‌بعدي و تشخيص و فاصله سنجي (LIDAR) موضوعات مهم تحقيقاتي فعلي هستند. تراشه‌هاي تصويرگر سه‌بعدي كاربرد‌هاي فراواني در زمينه‌هاي مختلف تجاري و صنعتي دارند. اين تراشه‌ها از دو بخش اساسي حسگر تصوير و مبدل زمان به ديجيتال تشكيل شده‌اند. اين حسگر با اندازه‌گيري زمان بين تابش و بازتابش يك فوتون مي‌تواند عمق يك جسم را تشخيص دهد. در طراحي اين حسگر‌ها به دليل نياز بازار به حسگرهايي با سطح و توان مصرفي كمتر و ضريب پرشدگي (fill-factor) بيشتر براي بخش حسگر پيكسل، به چگونگي طراحي مبدل زمان به ديجيتال توجه گسترد‌ه‌اي شده است. در اين پژوهش باهدف افزايش دقت و رنج ديناميكي و كاهش تـوان مصـرفي، سـاختار جديـدي بـراي پياده‌سازي سطح پيكسل مبـدل زمان به ديجيتال پيشنهاد شده است .اين ساختار يك مبدل زمان به ديجيتال ورنير چرخه‌اي كم‌توان با وضوح قابل تنظيم است كه شامل دو نوسانگر حلقه باقابليت گيت شونده است و داراي سه مرحله اندازه‌گيري با دقت پايين، متوسط و بالا مي‌باشد. مرحله با دقت بالا با استفاده از دو نوسانگر حلقه مقادير با رزولوشن بالا را فراهم مي‌سازد. اندازه‌گيري مرحله متوسط با شمارش دوره نوسانگر فركانس بالاتر و اندازه‌گيري مرحله با دقت پايين با شمارش دوره نوسانگر فركانس پايين‌تر به دست مي‌آيد. اين ساختار از يك مدار كنترل‌كننده استفاده مي‌كند كه در پايان مراحل اندازه‌گيري آن را تشخيص داده، نوسانگر‌هاي حلقه را خاموش مي‌كند تا مصرف توان كاهش يابد. TDC پيشنهادي در فناوري 65 نانومتر نانومتري CMOS پياده‌سازي شده است. وضوح آن 20 پيكو ثانيه، ميانگين توان مصرفي آن 320 ميكرو وات و مساحت آن 52*52 ميكرومتر مربع است.
چكيده انگليسي :
A time-to-digital converter (TDC) is used to measure the time interval between two events and quantize it into a digital code. There are various applications in which TDC is used, such as time-of-flight (TOF) measurement, all-digital PLL, signal distortion evaluation, analog-to-digital converters (ADC), jitter measurement, etc. Also related to TDC subject, 3D-imaging and Light detection and ranging (LIDAR) are among current important research topics. 3D imaging chips have many applications in various commercial and industrial fields. These chips consist of two basic parts: image sensor and time to digital converter. They can detect the depth of an object by measuring the time between radiation and re-radiation of a photon. In the design of digital pixel sensors, due to the market's need for sensors with lower surface area and power consumption and also to have a higher percentage of fill factor for the pixel sensor part, time to digital converter has been given wide attention. In this research thesis, to increase the resolution and also reduce the power consumption of the circuit, a new structure for the implementation of the pixel-level time-to-digital converter has been proposed. It is a low-power cyclic vernier time-to-digital converter (TDC) with an adjustable resolution. The structure, which includes two ring oscillators, performs measurements in three stages: coarse stage, medium stage and fine stage. The fine stage achieves high precision measurement by using two ring oscillators. The medium stage measurement is obtained by counting the period of the higher frequency oscillator and the coarse phase measurement is obtained by counting the period of the lower frequency oscillator. This circuit is also includes a controller unit that turns off the loop oscillators when it detects the end of the measurement to reduce power consumption. The proposed TDC is implemented in 65nm CMOS technology. Its resolution is 20 ps, its average power consumption is 320 μW, and its area is 52*52 μm square.
