Hochauflösende Zeitmessung, in Silizium umgesetzt.
Harmonie Design Labs entwickelt Time-to-Digital-Converter-Architekturen, TDC-IP und vollständige TDC-basierte integrierte Schaltkreise für Systeme, die auf die präzise Messung von Zeitintervallen angewiesen sind.
Unsere Arbeit reicht über den TDC-Kern hinaus. Wir begleiten die gesamte Messkette: Ereigniserkennung, Timing-Architektur, Kalibrierung, digitale Verarbeitung, Schnittstellen, Verifikation und Siliziumvalidierung.
Sie können uns für einen dedizierten TDC-Block, ein vollständiges anwendungsspezifisches IC oder für technische Unterstützung innerhalb eines bestehenden Zeit- und Messsystems beauftragen.
- TDC-Architektur und Machbarkeitsbewertung
- Anwendungsspezifische Timing-Architektur
- Entwicklung kundenspezifischer und synthetisierbarer TDC-IP
- Hochauflösende Zeitintervallmessung
- Mehrkanalige Timing-Lösungen
- Kalibrierung und Linearitätskorrektur
- Temperatur- und Prozesskompensation
- Integration von digitaler Verarbeitung und Steuerung
- TDC-Verifikation und Leistungsanalyse
- Siliziumcharakterisierung und Laborvalidierung
Von der Timing-Anforderung zur vollständigen Messarchitektur
Ein TDC-Projekt beginnt mit der Messaufgabe, nicht mit einer vorgegebenen Schaltung.
Auflösung, Messbereich, Ereignisrate, Kanalzahl, Totzeit, Verlustleistung, Betriebstemperatur, Kalibrierstrategie und Systemschnittstellen bestimmen gemeinsam die passende Architektur.
Harmonie Design Labs überführt diese Anforderungen gemeinsam mit den Entwicklungsteams der Kunden in eine umsetzbare TDC-basierte Lösung. Ziel ist eine Timing-Architektur, die unter den Bedingungen der vorgesehenen Anwendung gleichbleibend arbeitet.
Messanforderungen definieren
Wir bewerten die zu messenden Ereignisse, die geforderte Auflösung, den Messbereich, die Wiederholrate, die Kanalzahl, die Betriebsumgebung, die Leistungsziele, den Kalibrierbedarf und die Systemschnittstellen. Daraus ergeben sich Architektur, Technologieanforderungen, Verifikationsstrategie und die erwarteten Leistungsgrenzen.
TDC entwerfen und integrieren
Wir entwickeln die TDC-Architektur und integrieren sie mit den erforderlichen Funktionen für Ereigniserkennung, Kalibrierung, Steuerung, Verarbeitung und Kommunikation. Das Design wird über die relevanten Prozess-, Spannungs- und Temperaturbedingungen bewertet. Linearität, Timing-Stabilität, Messbereich, Wandlungsverhalten und digitale Integration werden über die gesamte Entwicklung hinweg berücksichtigt.
Timing-Verhalten charakterisieren
Nach Tape-out und First-Silicon-Bring-up wird der TDC mit kontrollierten Zeitreferenzen und Präzisionsmessgeräten bewertet. Die gemessene Leistung wird über die geforderten Betriebsbedingungen hinweg mit der Spezifikation verglichen. Die Charakterisierung kann Auflösung, Genauigkeit, Linearität, Kanalgleichlauf, Temperaturverhalten, Verlustleistung und Kalibrierverhalten umfassen.
TDC-IP, vollständiges ASIC oder Unterstützung auf Systemebene
Harmonie Design Labs unterstützt je nach bestehender Architektur und Projektphase unterschiedliche Tiefen der TDC-Entwicklung.
TDC-IP
Ein dedizierter TDC-Block, entwickelt zur Integration in ein größeres ASIC oder SoC.
Der Lieferumfang kann TDC-Design, Integrationsdokumentation, Verifikationsumgebung, Kalibrieranforderungen und Charakterisierungsdaten umfassen.
Vollständiges TDC-basiertes ASIC
Ein vollständiges anwendungsspezifisches IC, das den TDC-Kern mit den vom Messsystem geforderten Funktionen vereint.
Je nach Anwendung kann dies Ereigniserkennung, Timing-Steuerung, Kalibrierung, digitale Verarbeitung, Speicher und Kommunikationsschnittstellen umfassen.
Je nach Anwendung kann dies Ereigniserkennung, Timing-Steuerung, Kalibrierung, digitale Verarbeitung, Speicher und Kommunikationsschnittstellen umfassen.
Entwicklung auf Systemebene
Technische Unterstützung für Kunden, die eine umfassendere Zeit- oder Messplattform entwickeln.
Dazu können Architekturauswahl, Leistungsbudgetierung, Kalibrierstrategie, Temperaturkompensation, signalverarbeitungstechnische Fragen und die Integration zwischen IC und umgebender Elektronik gehören.
Warum eine kundenspezifische TDC-Lösung?
Handelsübliche Timing-Bausteine decken Standardmessaufgaben ab. Ein kundenspezifischer TDC wird dann relevant, wenn das System eine bestimmte Kombination aus Leistung, Integration, Umgebungstauglichkeit, Verlustleistung oder Kanalarchitektur benötigt.
Die richtige Architektur ergibt sich aus der Gesamtanforderung des Systems. Die Auflösung allein bestimmt nicht die Güte einer TDC-Lösung. Messbereich, Linearität, Stabilität, Kalibrierung, Ereignisrate und Betriebsbedingungen müssen gemeinsam bewertet werden.
Typische Projektauslöser sind:
- Timing-Anforderungen, die verfügbare Bauteile nicht abdecken
- Integration mehrerer Messfunktionen in einem IC
- Anwendungsspezifische Kalibrierung oder Kompensation
- Betrieb über einen definierten Temperaturbereich
- Mehrkanalige oder spezialisierte Ereignismessarchitektur
- Weniger Bauteile und geringere Systemkomplexität
- Bessere Kontrolle über Produktlebenszyklus und Verfügbarkeit
- Differenzierte Timing-Leistung im Endprodukt
Anwendungen
TDC-basierte Lösungen kommen dort zum Einsatz, wo ein System Entfernung, Durchfluss, Position, Geschwindigkeit oder eine andere physikalische Größe über die Zeit zwischen Ereignissen bestimmt.
Jede Anwendung stellt andere Anforderungen an die Timing-Architektur. Optische, Ultraschall-, Industrie- und Harsh-Environment-Systeme verlangen daher unterschiedliche Ansätze bei Ereigniserkennung, Kalibrierung, Messbereich und Kompensation.
Typische Anwendungsbereiche sind:
- Time-of-Flight-Messung
- Ultraschall-Durchflussmessung
- Ultraschall-Abstands- und Füllstandmessung
- Optische Entfernungsmesssysteme
- Präzisionsmesstechnik
- Industrielle Messsysteme
- Sensor- und Wandlerschnittstellen
- Teilchen- und Ereignisdetektion
- Timing-Anwendungen bei hohen Temperaturen
- Kundenspezifische Zeit- und Synchronisationssysteme
Häufige Fragen
Ein Time-to-Digital-Converter misst das Zeitintervall zwischen definierten Ereignissen und wandelt es in einen digitalen Wert um. Er kommt in Systemen zum Einsatz, die physikalische Information aus präziser Zeitmessung gewinnen.
Ja. Wir entwickeln einen dedizierten TDC-Block zur Integration in ein bestehendes ASIC oder SoC. Der Umfang kann Architektur, Design, Verifikation, Integrationsunterstützung und Charakterisierung umfassen.
Ja. Wir integrieren den TDC mit den von der Anwendung geforderten Funktionen für Steuerung, Kalibrierung, Verarbeitung und Kommunikation.
Die erreichbare Auflösung hängt von Halbleitertechnologie, Architektur, Messbereich, Leistungsziel, Betriebsumgebung, Kalibrierstrategie und dem Rauschen auf Systemebene ab. Realistische Leistungsziele legen wir in der Machbarkeitsphase fest.
Der erforderliche Ansatz hängt von Architektur und Anwendung ab. Er kann Kalibrierung, Referenzstrukturen, digitale Korrektur, Kanalabgleich, Temperaturkompensation und Charakterisierung über Prozess-, Spannungs- und Temperaturbedingungen umfassen.
Ja. TDC-basierte Architekturen lassen sich für Anwendungen bei erhöhten Temperaturen entwickeln, sofern Prozesstechnologie, Gehäuse, Timing-Anforderungen und Betriebsprofil die angestrebte Leistung zulassen.
Ja. Wir prüfen die bestehende Architektur und wirken je nach Projektanforderung auf Ebene des TDC-Blocks, des ASICs, der Firmware, der Kalibrierung oder des Gesamtsystems mit.
