(57)【要約】【課題】  時間増幅回路の時間オフセットを低減する。【解決手段】  実施形態による複数の時間増幅器が多段接続された時間増幅回路１００であって、第１の時間増幅器ＴＡ１と、第１の時間増幅器の出力信号が入力される第２の時間増幅器ＴＡ２と、ＴＡ１の正及び負入力端子を接続する第１のスイッチ素子ＳＷ１と、ＴＡ２の正及び負入力端子を接続する第２のスイッチ素子ＳＷ２と、ＴＡ１の出力信号を基に第１のオフセット極性を検出する第１のフリップフロップ回路ＦＦ１と、ＴＡ２の出力信号を基に第２のオフセット極性を検出する第２のフリップフロップ回路ＦＦ２と、第１及び第２のオフセット極性が異なる場合は直列接続構成になるように、第１及び第２のオフセット極性が同じ場合はねじれ接続構成になるように制御する制御回路５０ａとを具備する。【選択図】図１
2014179665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の時間増幅器が多段接続された時間増幅回路であって、
前記複数の時間増幅器のそれぞれは、２つの入力信号の立ち上がりエッジ時間差を増幅し、２つの出力信号の立ち上がりエッジ時間差として出力し、
前記複数の時間増幅器は、第１及び第２の時間増幅器を含み、
第１の正入力端子、第１の負入力端子、第１の正出力端子及び第１の負出力端子を有する前記第１の時間増幅器と、
第２の正入力端子、第２の負入力端子、第２の正出力端子及び第２の負出力端子を有し、前記第１の時間増幅器の出力信号が入力される前記第２の時間増幅器と、
前記第１の正出力端子と前記第２の正入力端子とを接続する第１の配線と、
前記第１の負出力端子と前記第２の負入力端子とを接続する第２の配線と、
前記第１の正出力端子と前記第２の負入力端子とを接続する第３の配線と、
前記第１の負出力端子と前記第２の正入力端子とを接続する第４の配線と、
第１の選択素子と第２の選択素子とを有し、前記第１の選択素子は前記第２の正入力端子に前記第１の配線又は前記第４の配線を接続させ、前記第２の選択素子は前記第２の負入力端子に前記第２の配線又は前記第３の配線を接続させる選択回路と、
前記第１の正入力端子と前記第１の負入力端子とを接続する第１のスイッチ素子と、
前記第２の正入力端子と前記第２の負入力端子とを接続する第２のスイッチ素子と、
前記第１の正出力端子及び前記第１の負出力端子の出力信号を基に、前記第１の時間増幅器の第１のオフセット極性を検出する第１のフリップフロップ回路と、
前記第２の正出力端子及び前記第２の負出力端子の出力信号を基に、前記第２の時間増幅器の第２のオフセット極性を検出する第２のフリップフロップ回路と、
前記第１のオフセット極性及び前記第２のオフセット極性が異なる場合は第１の接続になるように前記選択回路を制御し、前記第１のオフセット極性及び前記第２のオフセット極性が同じ場合は第２の接続になるように前記選択回路を制御する制御回路と、
を具備し、
前記第１の接続は、前記第１の時間増幅器と前記第２の時間増幅器とが前記第１の配線及び前記第２の配線で直列接続され、
前記第２の接続は、前記第１の時間増幅器と前記第２の時間増幅器とが前記第３の配線及び前記第４の配線でねじれ接続される、時間増幅回路。
【請求項２】
前記制御回路は、ＥＸＯＲ回路であり、
前記ＥＸＯＲ回路は、前記第１のオフセット極性及び前記第２のオフセット極性が入力される、請求項１に記載の時間増幅回路。
【請求項３】
前記第１及び第２の選択素子は、セレクタでそれぞれ構成される、請求項１に記載の時間増幅回路。
【請求項４】
前記選択回路を含む複数の選択回路をさらに具備し、
前記複数の選択回路は、前記複数の時間増幅器間にそれぞれ設けられる、請求項１に記載の時間増幅回路。
【請求項５】
前記選択回路を含む複数の選択回路をさらに具備し、
前記複数の時間増幅器間には、前記複数の選択回路のうちの１つの選択回路が設けられる第１の構成と前記複数の選択回路のうちの１つの選択回路が設けられない第２の構成とがある、請求項１に記載の時間増幅回路。
【請求項６】
前記第１及び第２の構成は、前記複数の時間増幅器間に交互に存在する、請求項５に記載の時間増幅回路。
【請求項７】
前記複数の時間増幅器の時間オフセットの各テスト結果に関する情報を記憶し、前記情報に基づいた信号を前記制御回路に供給する記憶回路と、
をさらに具備する請求項１に記載の時間増幅回路。
【請求項８】
前記第１及び第２のスイッチ素子を制御し、オペレーションモードとテストモードとを切り替えるモード切替回路と、
をさらに具備する請求項１に記載の時間増幅回路。
【請求項９】
前記第２の正出力端子及び前記第２の負出力端子に接続され、前記複数の時間増幅器の全体のオフセットを測定する時間ディジタイザ回路と、
をさらに具備する請求項１に記載の時間増幅回路。
【請求項１０】
第１の時間増幅器と、前記第１の時間増幅器と隣り合い前記第１の時間増幅器の出力信号が入力される第２の時間増幅器と、を具備する多段接続型時間増幅回路の特性テストを実行するためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記第１の時間増幅器の正入力及び負入力をショートし、前記第２の時間増幅器の正入力及び負入力をショートするステップと、
前記第１及び第２の時間増幅器にテスト信号を入力し、前記第１及び第２の時間増幅器の出力信号を基に前記第１及び第２の時間増幅器の第１及び第２のオフセット極性をそれぞれ検出するステップと、
前記第１及び第２のオフセット極性が同じ場合は前記第１及び第２の時間増幅器間を直列接続し、前記第１及び第２のオフセット極性が異なる場合は前記第１及び第２の時間増幅器間をねじれ接続するステップと、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１１】
前記テスト信号は、前記第１及び第２の時間増幅器に同時にそれぞれ入力され、前記第１及び第２のオフセット極性の検出を並列処理する、請求項１０に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段接続型時間増幅回路及びその特性テストを実行するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
時間増幅器（Time Amplifier：ＴＡ）については、２００３年に原理が発表されている（非特許文献１参照）。その後、多数の研究機関において、研究開発が活発に行われ、２００８年にA. A. Abidi博士のグループにより、回路実現・実シリコンでの動作が確認され、高分解能時間ディジタイザ回路（Time-to-Digital Converter：ＴＤＣ）への適用が報告されている（非特許文献２参照）。多段接続型時間増幅回路は、ＡＤＰＬＬ（全デジタル位相ロックループ）内のＴＤＣ用として、非特許文献３において発表されている。
【０００３】
このような従来技術においては、時間増幅器を多段接続する際に配線長が短くなるように配線しており、時間オフセットについて考慮した配線構成は検討されていなかった。そのため、時間オフセットが大きくなってしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、時間増幅回路を高い増幅率を得るために多段構成にした際に、出力時間オフセットを小さくする技術として、ねじれ接続型構成が提案された（非特許文献４参照）。
【０００５】
しかしながら、多段接続型時間増幅回路において、ねじれ接続型を実現するための具体的な構成が提案されていなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A. M. Abas, et al., "Time difference amplifier", Electronics Letters, vol. 38, no. 23, pp. 1437-1438, Dec. 2002.
【非特許文献２】M. Lee, et al., "A 9 b, 1.25 ps resolution coarse-fine time-to-digital converter in 90 nm CMOS that amplifies a time residue", IEEE JSSC, vol. 43, no. 4, pp. 769-777, Apr. 2008.
【非特許文献３】S. K. Lee, et al., "A 1 GHz ADPLL with a 1.25 ps minimum-resolution sub-exponent TDC in 0.18 μm CMOS", IEEE JSSC, vol. 44, no. 12, pp. 2874-2881, Dec. 2010.
【非特許文献４】N. Harigai, et. al., "A Twistedly-Cascaded Time Difference Amplifier for High Robustness Against Process Variation," in Proc. International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2011), Sep. 2011, pp. 184-185.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
時間オフセットを低減することが可能な多段接続型時間増幅回路及びその特性テストを実行するためのプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様における時間増幅回路は、複数の時間増幅器が多段接続された時間増幅回路であって、前記複数の時間増幅器のそれぞれは、２つの入力信号の立ち上がりエッジ時間差を増幅し、２つの出力信号の立ち上がりエッジ時間差として出力し、前記複数の時間増幅器は、第１及び第２の時間増幅器を含み、第１の正入力端子、第１の負入力端子、第１の正出力端子及び第１の負出力端子を有する前記第１の時間増幅器と、第２の正入力端子、第２の負入力端子、第２の正出力端子及び第２の負出力端子を有し、前記第１の時間増幅器の出力信号が入力される前記第２の時間増幅器と、前記第１の正出力端子と前記第２の正入力端子とを接続する第１の配線と、前記第１の負出力端子と前記第２の負入力端子とを接続する第２の配線と、前記第１の正出力端子と前記第２の負入力端子とを接続する第３の配線と、前記第１の負出力端子と前記第２の正入力端子とを接続する第４の配線と、第１の選択素子と第２の選択素子とを有し、前記第１の選択素子は前記第２の正入力端子に前記第１の配線又は前記第４の配線を接続させ、前記第２の選択素子は前記第２の負入力端子に前記第２の配線又は前記第３の配線を接続させる選択回路と、前記第１の正入力端子と前記第１の負入力端子とを接続する第１のスイッチ素子と、前記第２の正入力端子と前記第２の負入力端子とを接続する第２のスイッチ素子と、前記第１の正出力端子及び前記第１の負出力端子の出力信号を基に、前記第１の時間増幅器の第１のオフセット極性を検出する第１のフリップフロップ回路と、前記第２の正出力端子及び前記第２の負出力端子の出力信号を基に、前記第２の時間増幅器の第２のオフセット極性を検出する第２のフリップフロップ回路と、前記第１のオフセット極性及び前記第２のオフセット極性が異なる場合は第１の接続になるように前記選択回路を制御し、前記第１のオフセット極性及び前記第２のオフセット極性が同じ場合は第２の接続になるように前記選択回路を制御する制御回路と、を具備し、前記第１の接続は、前記第１の時間増幅器と前記第２の時間増幅器とが前記第１の配線及び前記第２の配線で直列接続され、前記第２の接続は、前記第１の時間増幅器と前記第２の時間増幅器とが前記第３の配線及び前記第４の配線でねじれ接続される。
【０００９】
本発明の第２の態様におけるプログラムは、第１の時間増幅器と、前記第１の時間増幅器と隣り合い前記第１の時間増幅器の出力信号が入力される第２の時間増幅器と、を具備する多段接続型時間増幅回路の特性テストを実行するためのプログラムであって、コンピュータに、前記第１の時間増幅器の正入力及び負入力をショートし、前記第２の時間増幅器の正入力及び負入力をショートするステップと、前記第１及び第２の時間増幅器にテスト信号を入力し、前記第１及び第２の時間増幅器の出力信号を基に前記第１及び第２の時間増幅器の第１及び第２のオフセット極性をそれぞれ検出するステップと、前記第１及び第２のオフセット極性が同じ場合は前記第１及び第２の時間増幅器間を直列接続し、前記第１及び第２のオフセット極性が異なる場合は前記第１及び第２の時間増幅器間をねじれ接続するステップと、を実行させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、時間オフセットを低減することが可能な多段接続型時間増幅回路及びその特性テストを実行するためのプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る時間増幅回路を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態に係る時間増幅回路における選択回路を示す概略図。
【図３】本発明の実施形態に係る選択素子を示す回路図。
【図４】本発明の実施形態に係る時間増幅器を示す回路図。
【図５】本発明の実施形態に係る他の時間増幅器を示す回路図。
【図６】本発明の実施形態に係る時間増幅回路の概要を示す図。
【図７】本発明の実施形態に係る時間増幅回路の概要を示す図。
【図８】本発明の実施形態に係る時間増幅回路における時間オフセット削減の効果を示す図。
【図９】本発明の実施形態に係る時間増幅回路のゲイン及び時間オフセットをモデル化した図。
【図１０】本発明の実施形態及び従来の時間増幅回路のトータルの時間オフセットを示す図。
【図１１】本発明の実施形態及び従来の時間増幅回路の段数に対するトータルの時間オフセットを示す図。
【図１２】本発明の実施形態の時間増幅回路の段数及びゲインに対するトータルの時間オフセットの減少率を示す図。
【図１３】本発明の実施形態及び従来の時間増幅回路のプロセス条件毎の時間オフセットのシミュレーション結果を示す図。
【図１４】本発明の実施形態による時間増幅回路のオフセットのシミュレーション結果を示す図。
【図１５】本発明の実施形態による時間増幅回路のオフセットのモンテカルロ（Monte-Carlo）シミュレーションを用いた統計分析結果を示す図。
【図１６】本発明の実施形態による時間増幅回路の応用例の構成を示す概略図。
【図１７】本発明の実施形態による時間増幅回路の応用例の概要を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１３】
［１］概要
本発明の一実施形態は、高い増幅率を得るために時間増幅器を多段接続する際に、各段の時間増幅器におけるオフセット極性の検出結果を基に、時間増幅器間の接続を直列接続（非ねじれ接続）又はねじれ接続のいずれかに選択することで、出力の時間オフセットを低減するものである。
【００１４】
尚、ここで、直列接続（非ねじれ接続）とは、前段の時間増幅器の正出力端子と後段の時間増幅器の正入力端子とが接続され、かつ、前段の時間増幅器の負出力端子と後段の時間増幅器の負入力端子とが接続される場合を意味する。ねじれ接続とは、前段の時間増幅器の正出力端子と後段の時間増幅器の負入力端子とが接続され、かつ、前段の時間増幅器の負出力端子と後段の時間増幅器の正入力端子とが接続される場合を意味する。
【００１５】
［２］時間増幅回路の構成
図１を用いて、本発明の一実施形態に係る時間増幅回路１００について説明する。尚、本実施形態による時間増幅回路１００は、例えば、汎用マイコン、通信用集積回路等、集積回路全般で使用することが可能である。
【００１６】
図１に示すように、時間増幅回路１００は、多段接続された時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３、フリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２及びＦＦ３、選択回路１０ａ及び１０ｂ、制御回路５０ａ及び５０ｂ、記憶部６０及びモード切替回路７０を有している。
【００１７】
時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３は、多段接続されている。つまり、初段の時間増幅器ＴＡ１の出力信号は、次段の時間増幅器ＴＡ２に入力され、時間増幅器ＴＡ２の出力信号は、最終段の時間増幅器ＴＡ３に入力される。各時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３は、２つの入力信号の立ち上がりエッジ時間差を増幅し、２つの出力信号の立ち上がりエッジ時間差として出力する。
【００１８】
時間増幅器ＴＡ１は、正入力端子１ａ及び負入力端子１ｂにそれぞれ入力された入力信号ｉｎ１及びｉｎ２の立ち上がりエッジ時間差を増幅し、正出力端子１ｃ及び負出力端子１ｄからそれぞれ出力する。時間増幅器ＴＡ２は、正入力端子２ａ及び負入力端子２ｂにそれぞれ入力された入力信号の立ち上がりエッジ時間差を増幅し、正出力端子２ｃ及び負出力端子２ｄからそれぞれ出力する。時間増幅器ＴＡ３は、正入力端子３ａ及び負入力端子３ｂにそれぞれ入力された入力信号の立ち上がりエッジ時間差を増幅し、正出力端子３ｃ及び負出力端子３ｄから出力信号ｏｕｔ１及びｏｕｔ２をそれぞれ出力する。
【００１９】
時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２間は、配線Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４を用いて接続される。配線Ｉ１は、時間増幅器ＴＡ１の正出力端子１ｃと時間増幅器ＴＡ２の正入力端子２ａとを接続する。配線Ｉ２は、時間増幅器ＴＡ１の負出力端子１ｄと時間増幅器ＴＡ２の負入力端子２ｂとを接続する。配線Ｉ３は、時間増幅器ＴＡ１の正出力端子１ｃと時間増幅器ＴＡ２の負入力端子２ｂとを接続する。配線Ｉ４は、時間増幅器ＴＡ１の負出力端子１ｄと時間増幅器ＴＡ２の正入力端子２ａとを接続する。
【００２０】
同様に、時間増幅器ＴＡ２及びＴＡ３間は、配線Ｉ５、Ｉ６、Ｉ７及びＩ８を用いて接続されている。配線Ｉ５は、時間増幅器ＴＡ２の正出力端子２ｃと時間増幅器ＴＡ３の正入力端子３ａとを接続する。配線Ｉ６は、時間増幅器ＴＡ２の負出力端子２ｄと時間増幅器ＴＡ３の負入力端子３ｂとを接続する。配線Ｉ７は、時間増幅器ＴＡ２の正出力端子２ｃと時間増幅器ＴＡ３の負入力端子３ｂとを接続する。配線Ｉ８は、時間増幅器ＴＡ２の負出力端子２ｄと時間増幅器ＴＡ３の正入力端子３ａとを接続する。
【００２１】
選択回路１０ａ及び１０ｂは、時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２間、時間増幅器ＴＡ２及びＴＡ３間にそれぞれ設けられている。選択回路１０ａは、選択素子Ｓ１及びＳ２を有している。選択回路１０ａの選択素子Ｓ１は、時間増幅器ＴＡ２の正入力端子２ａに、配線Ｉ１及びＩ４の一方を接続させる。選択回路１０ａの選択素子Ｓ２は、時間増幅器ＴＡ２の負入力端子２ｂに、配線Ｉ２及びＩ３の一方を接続させる。同様に、選択回路１０ｂも、選択素子Ｓ１及びＳ２を有している。選択回路１０ｂの選択素子Ｓ１は、時間増幅器ＴＡ３の正入力端子３ａに、配線Ｉ５及びＩ８の一方を接続させる。選択回路１０ｂの選択素子Ｓ２は、時間増幅器ＴＡ３の負入力端子３ｂに、配線Ｉ６及びＩ７の一方を接続させる。
【００２２】
スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３は、時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３の入力端子をそれぞれショートさせる。具体的には、スイッチ素子ＳＷ１は、時間増幅器ＴＡ１の正入力端子１ａと負入力端子１ｂとを接続又は非接続する。スイッチ素子ＳＷ２は、時間増幅器ＴＡ２の正入力端子２ａと負入力端子２ｂとを接続又は非接続する。スイッチ素子ＳＷ３は、時間増幅器ＴＡ３の正入力端子３ａと負入力端子３ｂとを接続又は非接続する。
【００２３】
フリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２及びＦＦ３は、時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３の出力信号を基に、時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３のオフセット極性をそれぞれ検出する。具体的には、フリップフロップ回路ＦＦ１は、時間増幅器ＴＡ１における正出力端子１ｃ及び負出力端子１ｄの出力信号を用いて、時間増幅器ＴＡ１のオフセット極性を検出する。フリップフロップ回路ＦＦ２は、時間増幅器ＴＡ２における正出力端子２ｃ及び負出力端子２ｄの出力信号を用いて、時間増幅器ＴＡ２のオフセット極性を検出する。フリップフロップ回路ＦＦ３は、時間増幅器ＴＡ３における正出力端子３ｃ及び負出力端子３ｄの出力信号を用いて、時間増幅器ＴＡ３のオフセット極性を検出する。
【００２４】
制御回路５０ａは、フリップフロップ回路ＦＦ１及びＦＦ２の出力結果を基に、選択回路１０ａの選択素子Ｓ１及びＳ２のスイッチングの制御を行う。制御回路５０ｂは、フリップフロップ回路ＦＦ２及びＦＦ３の出力結果を基に、選択回路１０ｂの選択素子Ｓ１及びＳ２のスイッチングの制御を行う。
【００２５】
具体的には、隣り合う時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２のオフセット極性が異なる場合は、時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２を直列接続する。この場合、制御回路５０ａによって、選択素子Ｓ１により配線Ｉ１を用いて端子１ｃ及び２ａを接続し、かつ、選択素子Ｓ２により配線Ｉ２を用いて端子１ｄ及び２ｂを接続する。
【００２６】
一方、隣り合う時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２のオフセット極性が同じ場合は、時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２をねじれ接続する。この場合は、制御回路５０ａによって、選択素子Ｓ１により配線Ｉ４を用いて端子１ｄ及び２ａを接続し、かつ、選択素子Ｓ２により配線Ｉ３を用いて端子１ｃ及び２ｂを接続する。
【００２７】
また、隣り合う時間増幅器ＴＡ２及びＴＡ３のオフセット極性が異なる場合は、時間増幅器ＴＡ２及びＴＡ３を直列接続する。この場合、制御回路５０ｂによって、選択素子Ｓ１により配線Ｉ５を用いて端子２ｃ及び３ａを接続し、かつ、選択素子Ｓ２により配線Ｉ６を用いて端子２ｄ及び３ｂを接続する。
【００２８】
一方、隣り合う時間増幅器ＴＡ２及びＴＡ３のオフセット極性が同じ場合は、時間増幅器ＴＡ２及びＴＡ３をねじれ接続する。この場合は、制御回路５０ｂによって、選択素子Ｓ１により配線Ｉ８を用いて端子２ｄ及び３ａを接続し、かつ、選択素子Ｓ２により配線Ｉ７を用いて端子２ｃ及び３ｂを接続する。
【００２９】
制御回路５０ａ及び５０ｂは、例えば、ＥＸＯＲ回路ＥＸＯＲ１及びＥＸＯＲ２で構成される。
【００３０】
記憶部６０には、各段の時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３の時間オフセットのテスト結果に関する情報（例えば、時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３のオフセット極性）が記憶されている。記憶部６０は、この情報に基づいて、時間増幅回路１００全体での時間オフセットが最小になるように、各段の接続構成を直列接続にするか、ねじれ接続にするかについて判断する。そして、記憶部６０は、この判断結果に応じた信号を制御回路５０ａ及び５０ｂへ供給する。
【００３１】
モード切替回路７０は、オペレーションモードとテストモードとを切り替えるために、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３を制御する。オペレーションモードの場合、モード切替回路７０は、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３を開くように制御する。テストモードの場合、モード切替回路７０は、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３を閉じるように制御する。
【００３２】
尚、本実施形態の時間増幅回路１００は、上述した構成に限定されず、例えば次のように種々変更することが可能である。
【００３３】
（１）多段接続する時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３の数は、３つに限定されず、２つ又は４つ以上でもよい。
【００３４】
（２）図１の例では、選択回路１０ａ及び１０ｂは、時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２間、時間増幅器ＴＡ２及びＴＡ３間にそれぞれ設けられている。つまり、時間増幅器がｎ段の場合、選択回路の数はｎ−１となり、選択回路の数：時間増幅器間の数＝１：１の関係になっている。しかし、本実施形態では、多段接続された時間増幅器間の全てに、選択回路をそれぞれ設ける構成に限定されない。
【００３５】
例えば、図１の選択回路１０ａを無くし、２つの時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２に対して１つの選択回路１０ｂが用いられるように変更してもよい。つまり、選択回路の数：時間増幅器間の数＝１：２の関係にし、時間増幅器間は選択回路がある構成と選択回路がない構成とが交互になるようにしてもよい。但し、時間増幅器間において、選択回路がある構成と選択回路がない構成とが必ずしも交互になる必要はない。
【００３６】
また、選択回路の数と時間増幅器間の数とは、１対３以上であってもよい。この場合、時間増幅器間において、選択回路がある構成と選択回路がない構成とは、規則的な順で設けられてもよいし、不規則的な順で設けられてもよい。後者の場合、最終段に近い時間増幅器間よりも初段に近い時間増幅器間の方に、より多く選択回路を配置してもよい。この場合、時間増幅回路全体の時間オフセットを最小にするための調整がし易いからである。
【００３７】
また、選択回路は、多段接続された時間増幅器の全てに対して１つ設けられてもよい。この場合、１つの選択回路は、例えば、最終段の時間増幅器と最終段の１つ前の時間増幅器との間や、最終段の時間増幅器の出力側に設けてもよい。
【００３８】
さらに、図１では、選択回路１０ａ及び１０ｂは、時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２間、時間増幅器ＴＡ２及びＴＡ３間にそれぞれ配置されるように図示されているが、選択回路は、時間増幅器間に物理的に配置されることに限定されない。つまり、選択回路は、時間増幅器間から配線を引き回すことで、例えば制御回路５０の近辺等に物理的に配置することも可能である。この場合、１つの選択回路を、多段接続された複数の時間増幅器で共有して使用できる構成にすることも可能である。
【００３９】
尚、上述した変形例（２）の時間増幅器間の配線構成については、図１の時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２間を例に挙げる場合、選択回路１０ａを設ける箇所の配線構成は、配線Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４の４本を用いてねじれ接続及び直列接続のいずれも可能な構成になっており、選択回路１０ａを設けない箇所の配線構成は、配線Ｉ１及びＩ２の２本を用いて直列接続のみが可能な構成になっている。
【００４０】
（３）各段の時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３の接続構成の判断は、記憶部６０で行われることに限定されない。例えば、時間増幅回路１００の外部回路で判断され、その結果が記憶部６０又は制御回路５０ａ及び５０ｂ内に格納されるようにしてもよい。また、このような判断は、制御回路５０ａ及び５０ｂで行われてもよい。さらに、記憶部６０は、時間増幅回路１００内に設けなくてもよい。
【００４１】
（４）モード切替回路７０は、時間増幅回路１００内に設けなくてもよい。
【００４２】
［３］選択回路
図２及び図３を用いて、本発明の一実施形態に係る選択回路１０ａ及び１０ｂについて説明する。尚、本実施形態の選択回路１０ａ及び１０ｂは、図２及び図３の構成に限定されず、種々変更可能である。
【００４３】
図２に示すように、選択回路１０ａ及び１０ｂは、例えば、２つのセレクタ１１及び１２でそれぞれ構成されてもよい。
【００４４】
図３に示すように、セレクタ１１は、ＮＡＮＤゲート１３及び１４、インバータ１５及び１６を有している。このセレクタ１１の制御は、図１の制御回路５０ａにより供給される信号ＳＥＬによって行われる。
【００４５】
ＮＡＮＤゲート１３の一方の入力端子には、配線Ｉ１により、前段の正出力端子１ｃが接続されている。ＮＡＮＤゲート１３の他方の入力端子には、図１の制御回路５０ａから供給される信号ＳＥＬが入力される。
【００４６】
ＮＡＮＤゲート１４の一方の入力端子には、配線Ｉ４により、前段の負出力端子１ｄが接続されている。ＮＡＮＤゲート１４の他方の入力端子には、図１の制御回路５０ａから供給される信号ＳＥＬがインバータ１５を介して入力される。
【００４７】
ＮＡＮＤゲート１３及び１４の出力端子は、インバータ１６の入力端子に接続され、インバータ１６の出力端子は、次段の正入力端子２ａに接続される。
【００４８】
［４］時間増幅器
図４及び図５を用いて、本発明の一実施形態に係る時間増幅器ＴＡの回路構成について説明する。
【００４９】
時間増幅器ＴＡの回路構成としては、ＮＡＮＤ型ＳＲラッチのメタスタビリティを利用するもの（オープンループＴＡ）と、可変遅延セルをクロスカップル接続する構成のもの（クローズドループＴＡ）とがある。前者のオープンループＴＡは、標準ロジックのみで構成できるため、小面積で設計可能であるという利点がある。一方、後者のクローズドループＴＡは、フィードバック制御を用いているため、ＰＶＴ（Process Voltage Temperature）ばらつきに強いという利点がある。本実施形態では、時間増幅器ＴＡとしてオープンループＴＡを用いた場合を例示するが、クローズドループＴＡを用いることも可能である。
【００５０】
図４に示すように、時間増幅器ＴＡは、遅延時間Ｔｏｆｆを作る遅延回路２１及び２２、ＮＡＮＤ型ＳＲラッチ回路２３及び２４、ＸＯＲゲート２５及び２６、キャパシタ２７、２８、２９及び３０を含んで構成されている。
【００５１】
ＮＡＮＤ型ＳＲラッチ回路２３は、ＮＡＮＤゲート３１及び３２が循環接続された構成を有している。ＮＡＮＤゲート３１の一方の入力がセット入力Ｓとなり、ＮＡＮＤゲート３２の一方の入力がリセット入力Ｒとなる。ここで、セット入力Ｓは、遅延回路２１の出力であり、リセット入力Ｒは、時間増幅器ＴＡの入力ｉｎ２である。
【００５２】
ＮＡＮＤ型ＳＲラッチ回路２４は、ＮＡＮＤゲート３３及び３４が循環接続された構成を有している。ＮＡＮＤゲート３３の一方の入力がリセット入力Ｒとなり、ＮＡＮＤゲート３４の一方の入力がセット入力Ｓとなる。ここで、セット入力Ｓは、遅延回路２２の出力であり、リセット入力Ｒは、時間増幅器ＴＡの入力ｉｎ１である。
【００５３】
ＸＯＲゲート２５は、ＮＡＮＤゲート３１の出力信号とＮＡＮＤゲート３２の出力信号とを比較し、信号ｏｕｔ２を出力する。ＸＯＲゲート２６は、ＮＡＮＤゲート３３の出力信号とＮＡＮＤゲート３４の出力信号とを比較し、信号ｏｕｔ１を出力する。
【００５４】
キャパシタ２７は、一端がグランドに接続され、他端がＸＯＲゲート２５の一方の入力に接続される。キャパシタ２８は、一端がグランドに接続され、他端がＸＯＲゲート２５の他方の入力に接続される。キャパシタ２９は、一端がグランドに接続され、他端がＸＯＲゲート２６の一方の入力に接続される。キャパシタ３０は、一端がグランドに接続され、他端がＸＯＲゲート２６の他方の入力に接続される。
【００５５】
このような回路構成による時間増幅器ＴＡでは、入力信号ｉｎ１及びｉｎ２の立ち上がりエッジ時間がほぼ同じ場合、ＮＡＮＤ型ＳＲラッチ回路２３及び２４の出力が準安定状態になり、そこからの回復時間が入力信号の立ち上がりエッジ時間差に比例するという特性を利用する。
【００５６】
尚、本実施形態に係る時間増幅器ＴＡは、図４の構成に限定されず、例えば、図５の構成に変更することも可能である。
【００５７】
図５の時間増幅器ＴＡでは、入力側の遅延回路２１及び２２の遅延時間Ｔｏｆｆは、インバータチェーンによって実現している。つまり、遅延回路２１は、チェーン接続された２つのインバータ３５及び３６で構成され、遅延回路２２は、チェーン接続された２つのインバータ３７及び３８で構成されている。
【００５８】
また、図５の時間増幅器ＴＡでは、出力側のＸＯＲゲート２５及び２６は、ＮＡＮＤ型ＳＲラッチ回路２３及び２４が順安定状態に陥った時に、出力が不安定にならないように構成している。具体的には、ＸＯＲゲート２５は、インバータ３９及び４０、ＯＲゲート４３を有している。ＸＯＲゲート２６は、インバータ４１及び４２、ＯＲゲート４４を有している。
【００５９】
尚、図５の時間増幅器ＴＡにおいて、遅延回路２１及び２２のインバータチェーンは、２つのインバータで構成されているが、インバータの数はこれに限定されず、３つ以上であっても勿論よい。インバータの数が多くなるほど、遅延時間Ｔｏｆｆは大きくなる。
【００６０】
また、図４の時間増幅器ＴＡにおいて、図５の遅延回路２１及び２２に変更したり、図５のＸＯＲゲート２５及び２６に変更したりすることも可能である。
【００６１】
［５］オフセット極性のテスト方法
図１及び図６を用いて、本実施形態における多段接続型時間増幅回路１００のオフセット極性（オフセットの正負）のテスト方法について説明する。
【００６２】
まず、モード切替回路７０により、テストモードとなるように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３を閉じ、各段の時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３の入力端子をそれぞれショートさせる。尚、テストモードにおいて、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３は、同じタイミングで閉じてもよいし、異なるタイミングで閉じてもよい。
【００６３】
次に、時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３にテスト信号を入力して、フリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２及びＦＦ３の出力信号をそれぞれ得る。この時、フリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２及びＦＦ３は、時間比較器として作用する。
【００６４】
例えば、時間増幅器ＴＡ１のオフセット極性をテストする場合、入力端子１ａ及び１ｂに同時にテスト信号が入力され（図９（ｂ）参照）、出力端子１ｃ及び１ｄの出力信号をフリップフロップ回路ＦＦ１で検出する。この際、出力端子１ｃからの出力信号と出力端子１ｄからの出力信号との立ち上がりエッジ時間に応じて、オフセット極性を割り当てる。つまり、出力端子１ｃの出力信号の立ち上がりエッジ時間が出力端子１ｄの出力信号の立ち上がりエッジ時間よりも早い場合は、オフセット極性を「正（＋）」又は「負（−）」とし、出力端子１ｃの出力信号の立ち上がりエッジ時間が出力端子１ｄの出力信号の立ち上がりエッジ時間よりも遅い場合は、オフセット極性を「負（−）」又は「正（＋）」とする。
【００６５】
尚、テスト信号は、時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３で共通の信号を用いてもよいし、時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３で異なる信号を用いてもよい。前者の場合、選択回路１０ａ及び１０ｂの選択素子Ｓ１及びＳ２を用いて、時間増幅器ＴＡ１及びＴＡ２間と時間増幅器ＴＡ２及びＴＡ３間を共に直列接続にするとよい。後者の場合、各時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３のテスト信号を異なるタイミングで入力してもよいが、テスト時間を削減するために、各時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３のテスト信号を同じタイミングで入力し、各段の特性テストを並列処理してもよい。
【００６６】
次に、フリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２及びＦＦ３の出力結果を基に、ＥＸＯＲ回路ＥＸＯＲ１及びＥＸＯＲ２により、ねじれ接続構成または非ねじれ（直列）接続構成となるように選択回路１０ａ及び１０ｂが制御される。ここで、隣り合う時間増幅器のオフセット極性が同じであれば、ねじれ接続構成にし、隣り合う時間増幅器のオフセット極性が異なれば、非ねじれ接続構成にする。 
最後に、モード切替回路７０により、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３が開くように制御され、テストモードが終了する。
【００６７】
尚、上述した本実施形態に係るテスト方法は、コンピュータに上記テスト方法の各処理を実行させるためのプログラムとして提供することも可能であるし、コンピュータに上記テスト方法の各処理を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として提供することも可能である。本実施形態に係るテスト方法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、例えば、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ブルーレイ（登録商標）ディスク等）、半導体メモリ等の記録媒体に書き込んで、各種装置に適用したり、通信媒体により伝送して各種装置に適用したりすることも可能である。本装置を実現するコンピュータは、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、このプログラムによって動作が制御されることにより、上述したテスト方法による処理を実行する。
【００６８】
［６］効果
図７乃至図１５を用いて、本実施形態における多段接続型時間増幅回路１００の効果について説明する。
【００６９】
本実施形態の多段接続型時間増幅回路１００では、時間増幅器ＴＡ間の配線構成は、選択回路１０ａ及び１０ｂにより、直列接続又はねじれ接続になるように構成されている。
【００７０】
本実施形態では、各段の時間増幅器ＴＡにおける特性（時間オフセットの正負）をテストし、このテスト結果に基づいて、隣り合う時間増幅器のオフセット極性が同じであれば、ねじれ接続構成にし、隣り合う時間増幅器のオフセット極性が異なれば、非ねじれ接続構成にする。このように、特性テストにより、時間増幅器ＴＡ間の配線構成を再構成し、トータルの時間オフセットが最小となるようにする（図７参照）。
【００７１】
従来の多段接続型時間増幅回路では、図８（ａ）に示すように、本実施形態のようなねじれ接続で配線が構成されていない。このため、時間オフセットは大きく、それを補償するための可変遅延も大きく、コストも高くなっていた。これに対し、本実施形態の多段接続型時間増幅回路１００では、図８（ｂ）に示すように、特性テスト及び配線の再構成を行う。このため、時間オフセットは小さく、可変遅延も小さくなり、コストも低減できる。このような本実施形態による時間オフセットの削減について、以下に詳説する。
【００７２】
図９（ａ）に示すように、時間増幅器ＴＡの特性をモデル化する。時間増幅器ＴＡのゲインをα、オフセットをβ（β＞０）とする場合、入力信号ｉｎ１及びｉｎ２の立ち上がりエッジ時間差ΔＴＩＮと出力信号ｏｕｔ１及びｏｕｔ２の立ち上がりエッジ時間差ΔＴＯＵＴには、以下の式（１）の関係がある。
【００７３】
ΔＴＯＵＴ＝αΔＴＩＮ＋β  …（１）
多段接続した時間増幅器ＴＡの時間オフセットは、図１０（ａ）及び（ｂ）のように数学的に表現することができる。
【００７４】
図１０（ａ）に示すように、従来技術によるｎ段非ねじれ接続型時間増幅器のトータル時間オフセットβＴＯＴＡＬは、以下の式（２）のように表される。
【００７５】
βＴＯＴＡＬ＝（αｎ−１＋αｎ−２＋…＋α２＋α＋１）β  …（２）
この式（２）から分かるように、従来技術のオフセットβＴＯＴＡＬは、時間増幅器の段数の増加に伴い増加する。
【００７６】
一方、図１０（ｂ）に示すように、本実施形態によるｎ段ねじれ接続型時間増幅器１００のトータル時間オフセットβ’ＴＯＴＡＬは、以下の式（３）のように表される。
【００７７】
β’ＴＯＴＡＬ＝（αｎ−１−αｎ−２−…−α２−α−１）β  …（３）
式（３）から分かるように、本実施形態では、時間増幅器ＴＡの段数が増加しても大幅な時間オフセットの削減が可能である。
【００７８】
具体的には、図１１に示すように、本実施形態のねじれ接続型時間増幅回路１００は、従来技術の非ねじれ接続型時間増幅回路よりも、時間増幅器ＴＡの段数が増加するに従って、トータルの時間オフセットを低減することができている。また、図１２に示すように、本実施形態のトータル時間オフセットの減少率は、１段あたりのゲイン２〜４のいずれの場合も、時間増幅器ＴＡの段数が増加するに従って高まることが分かる。
【００７９】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、従来技術と本実施形態の４段接続の時間増幅回路における３つのタイプのトータル時間オフセットのシミュレーション結果を示している。３つのタイプとは、ＦＦ（ゲイン／段＝３．６４）、ＴＴ（ゲイン／段＝３．３７）、ＳＳ（ゲイン／段＝２．９３）である。
【００８０】
従来技術と本実施形態のトータル時間オフセットを比較すると、ＦＦタイプの場合は６３６．０ｐｓから２８５．７ｐｓ（５５．１％の削減）、ＴＴタイプの場合は２８．８ｐｓから１１．６ｐｓ（５８．８％の削減）、ＳＳタイプの場合は−２３８．１ｐｓから−９３．５ｐｓ（６１．０％の削減）に、トータル時間オフセットを大幅に削減できていることが分かる。上記の式（２）及び（３）による計算結果も、ＦＦタイプは５４．１％、ＴＴタイプは５８．２％、ＳＳタイプは６６．４％となり、このシミュレーションとほぼ等しい結果となっている。
【００８１】
図１４は、４段接続の時間増幅回路において、８パターンの接続構成による出力（トータル）オフセット時間のシミュレーション結果を示している。このシミュレーションでは、各段の時間増幅器ＴＡのオフセットが異なること（プロセスバリエーション）が考慮されている。
【００８２】
図１４に示すように、各段の時間増幅器ＴＡのオフセットは、＋１．１１ｐｓ、−１．３４ｐｓ、−０．４４ｐｓ、＋６．３８ｐｓである。また、出力オフセット時間は、パターンＡは２９５ｐｓ、パターンＢは２９７ｐｓ、パターンＣは１８０ｐｓ、パターンＤは１９１ｐｓ、パターンＥは３１８ｐｓ、パターンＦは３２７ｐｓ、パターンＧは２５８ｐｓ、パターンＨは２４９ｐｓである。従って、これら８つのパターンのうち、ワースト状況（出力オフセット時間が最も長い）の接続構成はパターンＦであり、ベスト状況（出力オフセット時間が最も短い）の接続構成はパターンＣである。よって、パターンＦをパターンＣに再構成することで、出力オフセット時間を３２７ｐｓから１８０ｐｓへと４５％減少させることができる。
【００８３】
図１５は、本実施形態と従来技術による出力時間オフセットのモンテカルロシミュレーションを用いた統計分析結果を示している。図１５は、図１４と同様に、各段の時間増幅器ＴＡのプロセスバリエーションが考慮されている。尚、図１５におけるＲＩＣ（Reconfigurable Inter-Stage Connection）は、時間増幅器ＴＡ間の接続の再構成を意味する。
【００８４】
図１５に示すように、本実施形態と従来技術とのワースト時間オフセットを比べると、従来技術は７４５ｐｓであるのに対し、本実施形態は３５３ｐｓとなり、５２．６％減少させることができる。また、確立分布関数（ＰＤＦ：probability distribution function）におけるオフセットの分布中心を比べると、従来技術は２９０ｐｓであるのに対し、本実施形態は１９１ｐｓとなり、３４．０％減少させることができる。このように、各段の時間増幅器ＴＡのプロセスバリエーションを考慮しても、シミュレーションによるオフセットの減少を確認することができる。
【００８５】
以上のように、本実施形態では、多段接続型時間増幅回路１００を集積回路等に搭載する際に、各段の時間増幅器ＴＡの時間オフセット極性をテストし、このテスト結果を基にして多段接続型時間増幅回路１００のトータルの時間オフセットが最小になるように、ねじれ構成に配線を組み換える。このような本構成を用いることにより、出力時間オフセットを最小化することが可能となる。
【００８６】
また、各段の時間増幅器ＴＡのオフセット極性を検出するにあたり、各段の間にフリップフロップ回路とＥＸＯＲ回路のような簡単な回路を用いることで、小面積で出力時間オフセットを最小化することが可能となる。
【００８７】
また、時間オフセットの生じる傾向が予め分かっている場合（例えば、製造ばらつきの傾向が分かっており、構成素子の配置関係から予測できる場合）には、テスト前から配線をねじれ構成にすることで時間オフセットを最小化できる。
【００８８】
［７］応用例
図１６を用いて、本発明の実施形態による多段接続型時間増幅回路１００の応用例の構成について説明する。
【００８９】
図１６に示すように、応用例の多段接続型時間増幅回路１００では、最終段の時間増幅器ＴＡ３の出力に、時間ディジタイザ回路（ＴＤＣ）８０を設けてもよい。時間ディジタイザ回路８０は、時間増幅回路１００の全体のオフセットを測定し、最適な接続構成を選択するように、制御回路５０ａ及び５０ｂを制御する。
【００９０】
図１６及び図１７を用いて、応用例による多段接続型時間増幅回路１００のオフセット極性のテスト方法について説明する。
【００９１】
まず、時間ディジタイザ回路８０を用いて、各時間増幅器ＴＡ１、ＴＡ２及びＴＡ３における全ての接続パターンの時間オフセットを測定する。ここで、図１６の４段接続の時間増幅回路は、８パターンの接続構成ＮＮＮ、ＮＮＴ、ＮＴＮ、ＮＴＴ、ＴＮＮ、ＴＮＴ、ＴＴＮ、ＴＴＴ（Ｔ：ねじれ接続、Ｎ：非ねじれ接続）を有する。時間ディジタイザ回路８０によって得られた測定結果は、例えば、記憶部６０等に記憶される。
【００９２】
次に、各接続パターンの時間オフセットを比較する。図１６の場合は、ＴＮＴ（ねじれ−非ねじれ−ねじれ）接続の場合が最もオフセットが低減できている。この比較は、例えば、記憶部６０等で行われる。
【００９３】
最後に、比較結果を基に、時間オフセットを最も低減できるような接続パターンで再構成する。
【００９４】
上記のような応用例の多段接続型時間増幅回路１００においても、出力時間オフセットを低減することが可能となる。
【００９５】
尚、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９６】
１０ａ、１０ｂ…選択回路、１１、１２…セレクタ、１３、１４、３１、３２、３３、３４…ＮＡＮＤゲート、１５、１６、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２…インバータ、２１、２２…遅延回路、２３、２４…ＮＡＮＤ型ＳＲラッチ回路、２５、２６…ＸＯＲゲート、２７、２８、２９、３０…キャパシタ、５０ａ、５０ｂ…制御回路、６０…記憶部、７０…モード切替回路、８０…時間ディジタイザ回路（ＴＤＣ）、１００…時間増幅回路、ＴＡ…時間増幅器、Ｉ１〜Ｉ８…配線、Ｓ１、Ｓ２…選択素子、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３…スイッチ素子、ＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３…フリップフロップ回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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