基于0.18μm SMIC工艺的一款TDC芯片设计

为适应高能物理实验中飞行时间探测器对高速飞行粒子高分辨率的时间测量需求,本文提出了一种差分结构的时间数字转换器(Time to Digital Convertor,TDC),其主要测量部分采用差分延迟环实现,并基于该结构设计了一款TDC芯片.差分延迟环TDC主要由时间测量核心模块、时间测量数据传输模块、延迟环校准模块以及时钟产生模块组成.对于时间测量核心模块,又将其细化为延迟环模块、温度计码生成模块以及粗计数与细计数生成模块三个部分.该TDC芯片采用中芯国际(Semiconductor Manufacturing International Corporation,SMIC)0.18μm工艺,版图面积为1.35 mm×1.35 mm,分辨率达到17 ps,精度达到8.5 ps(Root Mean Square,RMS),动态范围为0～210μs,可以满足通常情况下高能物理实验的高精度时间测量需求.