convertidor de tiempo a digital

Un convertidor de tiempo a digital (TDC) es un circuito integrado que mide el intervalo de tiempo entre dos eventos eléctricos y emite el resultado como un valor digital. Un evento típicamente llega a una entrada de inicio, el otro a una entrada de parada; el TDC cuenta el tiempo transcurrido con una resolución de nanosegundos o picosegundos y lo codifica como una palabra binaria. Esto sirve para aplicaciones donde se necesitan registros numéricos precisos de cuándo sucedió algo, no solo que sucedió.

El circuito funciona alimentando el intervalo de tiempo a una cadena de elementos de retardo o un oscilador de anillo, luego contando qué tan lejos se propaga el pulso antes de que llegue la señal de parada. Los osciladores de mayor frecuencia producen una resolución de tiempo más fina, pero a costa del consumo de energía y el área de silicio. La mayoría de los TDC modernos están integrados en sistemas en chip (SoC) más grandes, aunque existen versiones independientes para equipos de laboratorio y prueba. Las resoluciones típicas varían de 10 picosegundos a unos pocos cientos de picosegundos, con ventanas de medición desde nanosegundos hasta microsegundos, dependiendo del diseño.

Los TDC aparecen dondequiera que la temporización de eventos sea importante: en sensores de tiempo de vuelo (ToF) para medición de distancia, escáneres de tomografía por emisión de positrones (PET), detectores de fotones con marca de tiempo, sistemas de radar y experimentos de física de partículas. También manejan la medición precisa de frecuencia al capturar los tiempos de llegada de pulsos repetidos. En espectrometría de masas y lidar, la conversión precisa de tiempo a digital afecta directamente la resolución espacial y de masas.

Fuentes de error y compensaciones de diseño

Los TDC prácticos sufren de no linealidad integral (INL) y no linealidad diferencial (DNL), donde las etapas de retardo no se comportan de manera idéntica. La deriva de temperatura y la variación del voltaje de suministro alteran los retardos de propagación, cambiando la calibración. El tiempo muerto, el intervalo mínimo que el convertidor puede resolver, establece un límite inferior para los intervalos medibles. Los diseñadores reducen estos efectos mediante un diseño cuidadoso, compensación térmica y circuitos de calibración que mapean los retardos reales contra los valores ideales. Las publicaciones comerciales y las hojas de datos a menudo especifican DNL e INL en fracciones de un bit menos significativo (LSB).

El nombre refleja claramente la función: tiempo (la cantidad medida) a digital (la forma de salida). A diferencia de un convertidor analógico a digital (ADC), que digitaliza un voltaje continuo, un TDC convierte el dominio del tiempo mismo en un número. Esta distinción es importante en el laboratorio y en las especificaciones de diseño, porque los dos dispositivos resuelven problemas diferentes e imponen restricciones diferentes en el resto de la cadena de señal.