基于電容充放電法的時(shí)間測量是利用恒流源在被測量時(shí)間段內(nèi)對(duì)一個(gè)電容充電，之后的處理方法又分成兩種：一種測量方法是利用兩個(gè)恒流源，其中一個(gè)用于電容充電，另一個(gè)用于電容放電但是比充電恒流源小得多，開始測量時(shí)在被測時(shí)間段內(nèi)用充電恒流源對(duì)電容進(jìn)行充電，然后用放電恒流源對(duì)剛進(jìn)行充電的電容進(jìn)行放電，充電電流和放電電流的比值決定了充電時(shí)間與放電時(shí)間的比值，通過這種方法實(shí)現(xiàn)被測時(shí)間段的放大。經(jīng)過放大的時(shí)間可以采用分辨率更低也更容易實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行計(jì)量。這種方法的原理如圖3所示，圖中左上角給出了進(jìn)行充放電的波形。這種方法要求用于充電的恒流源I1遠(yuǎn)大于用于放電的恒流源I2，假定I1與I2的比值為K?？梢钥闯觯?/p>

Tr/T = (I1-I2)/I2 = K-1

所以被測量時(shí)間段的放大倍數(shù)是由I1與I2的比值K決定的。這種測量方法的分辨率由充放電恒流源的精度、電流大小的比值和用于放電結(jié)束判斷的電壓比較器精度共同決定。另一種測量方法是在被測時(shí)間段內(nèi)完成電容充電后，直接使用ADC對(duì)電容上的電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果即可計(jì)算出充電的時(shí)間。它的原理如圖4所示。與前面通過放電實(shí)現(xiàn)時(shí)間放大的方法相比，這種方法可以完成更高速的測量。它的測量精度由充電恒流源和ADC的精度決定。

其他類型的時(shí)間測量

在時(shí)間測量中還有一些其他的電路形式。例如，文獻(xiàn)[6]采用了時(shí)間間隔放大電路來完成時(shí)間的放大，從而實(shí)現(xiàn)精確時(shí)間測量。這種時(shí)間放大電路形式如圖5所示。通過它的放大可以把一個(gè)微小的時(shí)間間隔信號(hào)放大成一個(gè)比較容易測量的信號(hào)，從而可以提高測量的精度。按照[6]中的介紹，它具有類似普通放大器對(duì)電壓的放大功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間間隔的放大。

結(jié)語

本文討論了高精度時(shí)間測量電路TDC的原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中上述各種方法常常是結(jié)合使用的，目前可以實(shí)現(xiàn)ps級(jí)的時(shí)間測量，可以根據(jù)應(yīng)用場合的不同需要采用不同的形式來滿足測量的要求。隨著儀器儀表的更新和電子技術(shù)的發(fā)展，TDC電路也在不斷開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域，并將得到更廣泛的應(yīng)用。