본 논문에서는 디지털 위상고정루프(All-digital PLL)를 구성하는 핵심 블록인 시간-디지털 변환기(Time-to-Digital Converter)를 제안하고 구현하였다. 본 연구에서는 게이티드 링 오실레이터 시간-디지털 변환기(GRO-TDC)의 기본 구조에 버니어 지연단(VDL)을 이용하여 다중 위상을 얻음으로써 보다 높은 해상도를 얻을 수 있는 구조를 제안하였다. 게이티드 링 오실레이터(GRO)는 총 7개의 지연셀을 사용하였고, 버니어 지연단(VDL) 3단을 이용하여 총 21개의 다중 위상을 사용하여 시간-디지털 변환기(TDC)를 설계하였다. 제안한 회로는 $0.13{mu}m$ 1P-6M CMOS 공정을 사용하여 설계 및 구현하였다. 측정결과, 제안한 시간-디지털 변환기(TDC)의 최대 입력 주파수는 100MHz이고, 해상도는 26ps로 측정되었으며, 출력은 8-비트이며, 검출이 가능한 최대 위상 차이는 5ns의 위상 차이까지 검출이 가능하였다. 전력 소비는 측정된 Enable 신호의 크기에 따라 최소 8.4mW에서 최대 12.7mW로 측정되었다.
This paper presents a Time-to-Digital Converter which is a key block of an All-Digital Phase Locked Loop. In this work, a Vernier Delay Line is added in a conventional Gated Ring Oscillator, so it could get multi-phases and a high resolution. The Gated Ring Oscillator uses 7 unit delay cell, the Vernier Delay Line is used each delay cell. So proposed Time-to-Digital Converter uses total 21 phases. This Time-to-Digital Converter circuit is designed and laid out in $0.13{mu}m$ 1P-6M CMOS technology. The proposed Time-to-Digital Converter achieves 26ps resolution, maximum input signal frequency is 100MHz and the digital output of proposed Time-to-Digital Converter are 8-bits. The proposed TDC detect 5ns phase difference between Start and Stop signal. A power consumption is 8.4~12.7mW depending on Enable signal width.
