2026-01-31 23:33:26 网络安全文章来源：ZONE.CI 全球网 0 阅读模式

文章总结： TDC即时间数字转换器，将时间间隔转换为数字码。在SerDes中，TDC替代传统相位检测器实现全数字CDR架构，提供高精度相位误差信息并支持抖动监测与DFE校准。其主流实现基于Vernier延迟线原理，利用门延迟作为时间标尺。TDC的应用代表了SerDes技术向全数字化、高度集成化发展的重要趋势，增强了系统的智能化与可靠性。 综合评分： 65 文章分类： 车联网安全,软文广告

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SerDes的TDC

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2026年1月31日 18:36 上海

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TDC 是什么？

TDC 的全称是 Time-to-Digital Converter，即时间数字转换器。

它的功能与传统的 ADC 非常相似，但测量的对象不同：

ADC：将电压的模拟量转换为数字码。
TDC：将时间间隔的模拟量转换为数字码。

在 SerDes 中，TDC 的核心任务是精确测量两个数字事件（通常是时钟边沿或数据边沿）之间的时间差，并以数字形式输出这个差值。

有什么作用？

在高速 SerDes 的接收端，TDC 扮演着“高精度时间尺”的角色，其主要作用包括：

（1）替代传统的相位检测器：

在传统的 BBPD 中，输出是一个二元信号：时钟领先或滞后于数据。
而 TDC 的输出是一个多比特的数字码，直接量化了时钟与数据之间的相位误差大小。这为 CDR 提供了更丰富、更精确的信息。

（2）实现数字环路滤波器 CDR

基于 TDC 的 CDR 是一种全数字化的架构。TDC 测量出的相位误差作为数字码被送入一个数字环路滤波器。
DLF 对该误差进行滤波和处理，然后控制一个数字控制振荡器来调整时钟相位和频率。
这种架构易于在先进工艺下实现，具有更好的可移植性和可配置性。

（3）测量时钟抖动和信号完整性

TDC 可以用于在线监测模式，持续测量恢复时钟或输入数据的抖动特性，并将数据输出供系统分析。这对于系统诊断和健康状态监测非常有价值。

（4）辅助其他校准

在 SerDes 内部，许多模块对时序非常敏感。TDC 可以用于精确测量和校准各种路径的延迟，例如用于 DFE 抽头延迟线的校准、时钟路径的偏斜校准等。

怎么实现？实现原理是什么？

TDC 的实现方法多种多样，但在 SerDes 这种对面积和功耗极其敏感的应用中，最主流的方法是基于 Vernier Delay Line 的 TDC。其核心原理是利用数字逻辑门的传播延迟作为基本的时间标尺。

下面我们以 Flash TDC 和 Vernier TDC 为例，说明其实现原理。

实现原理一：Flash TDC（直接法）

这是最直观的方法，类似于 Flash ADC。

核心结构：一串连续的缓冲器构成一个延迟链，和一个寄存器阵列。

工作原理：

Start 信号（如数据边沿）注入延迟链，像波浪一样依次通过每个缓冲器。
Stop 信号（如时钟边沿）作为采样寄存器的触发信号。
在 Stop 信号到来瞬间，寄存器会捕获到延迟链上每个节点的状态，形成一个温度计码。
例子：假设 Stop 信号到来时，前 5 个缓冲器的输出为高，后面都为低，那么温度计码就是 …11111000…。这说明 Start 信号传播到了第 5 和第 6 级缓冲器之间。
这个码值经过一个编码器，就转换成了代表时间差的数字输出。

flash TDC工作原理

实现原理二：Vernier TDC（游标卡尺法）

这是最常用且能实现高分辨率的方法，其原理类似于游标卡尺。

核心结构：两条延迟链。

Start 链：由延迟为 T_s 的缓冲器组成。
Stop 链：由延迟为 T_p 的缓冲器组成。
关键：T_p > T_s。

工作原理：

Start 信号进入 Start 链。
Stop 信号进入 Stop 链，但比 Start 信号晚一段时间T_in（这就是要测量的时间差）。
由于 Stop 链的单元延迟 T_p 更大，Stop 信号在每个阶段都会“追赶” Start 信号。
在每个节点，仲裁电路（如一个D触发器）判断 Stop 信号是否追上了 Start 信号。
最终，在某个节点 N，Stop 信号首次超过 Start 信号。
测量的时间差为：T_in = N * (T_p – T_s)。

Vernier TDC 的工作原理与数据流如下图所示

Vernier TDC工作原理

有哪些应用场景？

（1）全数字 CDR

这是 TDC 在 SerDes 中最核心的应用。基于 TDC 的 ADCDR 架构，尤其适用于需要快速锁定、低功耗和先进工艺集成的场景。

（2）抖动测量与性能监控

可以作为内置的测试仪器，实时测量恢复时钟的周期性抖动、随机抖动，或者分析输入数据的抖动特性，无需外部昂贵的高速示波器。

（3）DFE 时序校准

DFE 需要将数据延迟精确的 1 UI（单位间隔）。由于工艺、电压、温度的变化，模拟延迟线的延迟会漂移。TDC 可以精确测量这个延迟，并通过反馈环路将其锁定在准确的 1 UI。

（4）时钟偏斜测量与校准

在多通道 SerDes 中，TDC 可以测量不同 Lane 之间的时钟偏斜，并为主动偏斜校准电路提供误差信息。

（5）更广泛的半导体应用

激光雷达：通过测量激光飞行时间来计算距离。
粒子成像：用于捕捉高能物理实验中的事件时间。
高精度时钟发生器：用于锁相环和时钟同步。

总结

TDC 代表了 SerDes 技术向全数字化、高度集成化发展的重要趋势，它将模拟世界中最难控制的“时间”参数，转化为了易于处理的数字信号，极大地增强了系统的智能化和可靠性。

来源：知乎@yueleyue

https://zhuanlan.zhihu.com/p/1969328429297041851

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