Low Power Radiation Hardened by Design TDC with 8 ps Single-Shot Precision

In diesem Kapitel wird ein ITAR-freier Time-to-Digital Converter (TDC) Chip für pulsbasierte LIDAR-Anwendungen vorgestellt. Die Hybrid-Architektur des Chips kombiniert freilaufende Verzögerungsleitungen mit einer strahlungsgehärteten Phase-Lock-Schleife (PLL), die bei 1,25 GHz arbeitet und eine hochpräzise Zeitmessung ermöglicht. Die Designmethodik umfasst branchenübliche EDA-Werkzeuge und experimentell validierte Transistorstrahlungsmodelle, die eine hohe Zuverlässigkeit ohne physikalische Abschirmung gewährleisten. Elektrische Messergebnisse zeigen eine einmalige Präzision von besser als 8 ps in einem weiten dynamischen Bereich, mit Null-Totzone von 0 ps bis über 3 s. Die Strahlungsleistung des Chips wurde ausgiebig getestet und zeigte eine vernachlässigbare Schädigung bis 110 Krad (Si) und keine Verriegelung oder einzelne Ereignisstörung bis 62,5 meV · cm ² / mg. Die Vielseitigkeit und Robustheit des TDC machen ihn für verschiedene LIDAR-Anwendungsfälle geeignet, wobei eine Version der nächsten Generation derzeit in Entwicklung ist.