电路装置、物理量测量装置、电子设备和移动体的制作方法

本发明涉及电路装置、物理量测量装置、电子设备和移动体等。

背景技术：

以往，公知有将时间转换为数字值的时间数字转换电路。例如，在使用tof(timeofflight：飞行时间)的方法进行距离计测的激光雷达等中使用时间数字转换电路。在激光雷达中，在给定的发光时刻使激光器发光并照射到目标，接收从该目标反射的激光，根据表示发光时刻的发光信号与表示受光时刻的受光信号之间的时间差，测量到目标的距离。

例如，在专利文献1中公开了这样的激光雷达的现有例。在专利文献1的现有技术中，对从目标反射的激光的受光信号的信号电平按照时间序列进行a/d转换，对按照该时间序列进行a/d转换后的信号电平进行移动平均处理、峰值检测处理，根据该处理的结果，测量到目标的距离。在该现有技术中，为了对受光信号按照时间序列进行a/d转换，使用非常高速的采样速率(2ghz)的a/d转换器。

专利文献1：日本特开2010-286307号公报

为了高精度地计测时间，存在高精度地检测对象信号的转变时刻的要求。例如，当时间数字转换变为高性能(例如，高分辨率、低测量偏差等)时，转变时刻的检测误差可能对时间计测的误差造成影响。

在上述距离计测中，通过高精度地检测作为对象信号的受光信号的转变时刻，能够使距离计测高精度化。在专利文献1的现有技术中，通过使用非常高速的采样速率的a/d转换器对受光信号进行a/d转换，实现了高精度化。但是，高速的采样速率的a/d转换器昂贵，导致成本的上升。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下方式或形式实现。

本发明的一个方式涉及电路装置，该电路装置包含：模拟前端电路，其输入对象信号；以及处理电路，其根据来自所述模拟前端电路的输出信号，进行运算处理，所述模拟前端电路具有第1比较电路～第n比较电路，该第1比较电路～第n比较电路进行所述对象信号的电压电平与第1阈值电压～第n阈值电压之间的比较，输出第1比较结果信号～第n比较结果信号，其中，n为2以上的整数，所述处理电路根据所述第1比较结果信号～第n比较结果信号和所述模拟前端电路的延迟时间信息，求出所述对象信号的转变时刻。

根据本发明的一个方式，能够根据通过对象信号与第1阈值电压～第n阈值电压之间的比较而得到的比较结果信号，求出对象信号的转变时刻。能够根据该比较结果信号得到对象信号的电压电平的时间变化的信息，能够提高对象信号的转变时刻的检测精度。此外，根据本发明的一个方式，通过根据模拟前端电路的延迟时间信息求出对象信号的转变时刻，能够校正模拟前端电路中的信号的延迟时间。由此，能够进一步提高对象信号的转变时刻的检测精度。这样，例如，即使不依赖于高速采样速率的a/d转换器，也能够高精度地检测对象信号的转变时刻。

此外，在本发明的一个方式中，也可以是，所述处理电路根据所述第1比较结果信号～第n比较结果信号，求出表示关于所述对象信号的电压相对于时间的变化特性的时间电压特性信息，根据所述时间电压特性信息，求出所述延迟时间信息。

对象信号的波形根据对象信号的取得条件而变化，因此，输入到模拟前端电路的对象信号具有各种时间电压特性。当对象信号的时间电压特性这样发生变化时，模拟前端电路中的信号的延迟时间可能发生变化。根据本发明的一个方式，能够根据第1～第n比较结果信号求出对象信号的时间电压特性信息。然后，通过根据该时间电压特性信息求出延迟时间信息，能够使求出对象信号的转变时刻时的延迟时间的校正高精度化。

此外，在本发明的一个方式中，也可以是，所述模拟前端电路具有测量出测量电压的测量电路，该测量电压基于至少1个所述第1比较结果信号～第n比较结果信号的转变时刻处的所述对象信号的电压电平，所述处理电路根据所述测量电压，求出所述延迟时间信息。

在对象信号的电压电平超过第1阈值电压～第n阈值电压的时刻与第1比较结果信号～第n比较结果信号转变的时刻之间具有延迟。因此，在比较结果信号转变的时刻，对象信号的电压电平与第1阈值电压不同～第n阈值电压不同。根据本发明的一个方式，通过测量基于至少1个比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平的测量电压，能够取得上述延迟的信息。而且，通过根据该测量电压求出延迟时间信息，能够求出与第1比较电路～第n比较电路中的延迟时间对应的延迟时间信息。

此外，在本发明的一个方式中，也可以是，所述测量电路具有：采样电路，其对第i比较结果信号的转变时刻处的所述对象信号的电压电平进行采样，其中，i为1以上、n以下的整数；以及a/d转换电路，其输入由所述采样电路采样的电压电平和第i阈值电压，将由所述采样电路采样的电压电平与所述第i阈值电压的差分电压作为所述测量电压进行a/d转换。

这样，对第i比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平进行采样，将该采样的电压电平与第i阈值电压的差分电压作为测量电压进行a/d转换。由此，能够测量基于比较电路的比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平的测量电压。

此外，在本发明的一个方式中，也可以是，所述测量电路具有选择器，该选择器选择所述第1比较结果信号～第n比较结果信号中的任意比较结果信号作为所述第i比较结果信号。

这样，能够对第1比较结果信号～第n比较结果信号中的至少1个比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平进行采样。具体而言，能够对第i比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平进行采样。

此外，在本发明的一个方式中，也可以是，第j比较电路具有：电容器，在初始化期间，该电容器的一端输入第j阈值电压，在比较期间，该电容器的所述一端输入所述对象信号；以及放大电路，其与所述电容器的另一端连接，其中，j为1以上、n以下的整数。

这样，在初始化期间，电容器的一端输入第j阈值电压，由此，能够使电容器保持以第j阈值电压为基准的电位差。而且，在比较期间，电容器的一端输入对象信号，由此，能够在保持电容器的两端的电位差的状态下使电容器的另一端的电压伴随对象信号的电压电平的变化而变化。而且，该电容器的另一端的电压输入到放大电路，根据该放大电路的输出，输出比较结果信号。

此外，在本发明的一个方式中，也可以是，所述放大电路具有：反相器；以及开关，其在所述初始化期间将所述反相器的输出和输入连接起来，在所述比较期间使所述反相器的输出和输入不连接。

这样，通过在初始化期间将反相器的输出和输入连接起来，电容器的另一端成为反相器的阈值电压。由此，保持第j阈值电压与反相器的阈值电压的差分作为电容器的两端的电位差。而且，在比较期间使反相器的输出和输入不连接，由此，反相器能够输出基于电容器的另一端的电压与反相器的阈值电压之差的逻辑电平。由此，能够检测对象信号的电压电平超过第j阈值电压的时刻，将其检测结果作为比较结果信号输出。

此外，在本发明的一个方式中，也可以是，所述模拟前端电路具有第1信号用比较电路，该第1信号用比较电路对第1信号与阈值电压进行比较，所述处理电路具有：第1时间数字转换电路～第n时间数字转换电路，它们将来自所述第1信号用比较电路的输出信号与所述第1比较结果信号～第n比较结果信号之间的转变时刻的时间差转换为数字值，并输出第1时间数字转换值～第n时间数字转换值；以及运算电路，其根据所述第1时间数字转换值～第n时间数字转换值和所述延迟时间信息，求出所述第1信号与作为所述对象信号的第2信号之间的转变时刻的时间差。

这样，能够根据时间数字转换值第1～第n时间数字转换值，求出不考虑模拟前端电路中的信号的延迟的情况下的第1信号与第2信号之间的转变时刻的时间差。此外，能够根据延迟时间信息，校正不考虑上述延迟的情况下的时间差。另外，运算的顺序不限于此。即，不限于作为不同的运算而进行不考虑延迟的情况下的时间差的运算和校正不考虑延迟的情况下的时间差的运算的情况。

此外，在本发明的一个方式中，也可以是，在设第k时间数字转换值为tk、第m时间数字转换值为tm、第k阈值电压为vthk、第m阈值电压为vthm、第m比较结果信号的转变时刻处的所述对象信号的所述电压电平为vsmp时，所述模拟前端电路具有测量vos＝vsmp-vthm的测量电路，所述延迟时间信息为tc＝vos×(tm-tk)/(vthm-vthk)，所述运算电路求出t0＝(vthm×tk-vthk×tm)/(vthm-vthk)-tc作为所述对象信号的转变时刻，其中，k为1以上、n以下的整数，m为1以上、n以下且m≠k的整数。

这样，根据第k时间数字转换值tk、第m时间数字转换值tm，通过(tm-tk)/(vthm-vthk)求出对象信号的电压电平的时间变化的斜率，根据该斜率和测量电压vos求出tc作为延迟时间信息。此外，根据第k时间数字转换值tk、第m时间数字转换值tm，通过(vthm×tk-vthk×tm)/(vthm-vthk)求出不考虑模拟前端电路中的延迟的情况下的对象信号的转变时刻。而且，通过从该转变时刻减去tc，能够求出校正延迟后的对象信号的转变时刻。

此外，本发明的其他方式涉及物理量测量装置，该物理量测量装置包含上述任意一项所述的电路装置。

此外，另外，本发明的再一方式涉及电子设备，该电子设备包含上述任意一项所述的电路装置。

另外，本发明的再一方式涉及移动体，该移动体包含上述任意一项所述的电路装置。

附图说明

图1是本实施方式的电路装置和物理量测量装置的第1结构例。

图2是afe电路和处理电路的详细结构例。

图3是说明本实施方式中的时间差的数字值的运算处理的图。

图4是说明本实施方式中的时间差的数字值的运算处理的图。

图5是使用1个阈值电压检测出对象信号的转变时刻的情况的说明图。

图6是使用1个阈值电压检测出对象信号的转变时刻的情况的说明图。

图7是afe电路的第2详细结构例。

图8是比较电路的详细结构例。

图9是说明afe电路的动作的时序图。

图10是本实施方式的电路装置和物理量测量装置的第2结构例。

图11是示出信号sta和信号stp的关系的图。

图12是说明本实施方式的时间数字转换方法的信号波形图。

图13是本实施方式的时间数字转换的具体方式的一例。

图14是时间数字转换电路的第1变形例。

图15是时间数字转换电路的第2变形例。

图16是电子设备的结构例。

图17是移动体的结构例。

标号说明

10：电路装置；12：控制电路；20：处理电路；22：运算电路；30：afe电路(模拟前端电路)；32：测量电路；34：a/d转换电路；50：a/d转换电路；101、102、103：振荡电路；120：第1pll电路；121：控制信号生成电路；130：第2pll电路；131：控制信号生成电路；206：汽车；207：车体；208：控制装置；209：车轮；310：dll电路；312：选择器；320：调整电路；330：相位比较电路；340：dll电路；342：选择器；350：dll电路；352：选择器；360：比较器阵列部；400：物理量测量装置；410：处理装置；420：发光部；430：受光部；440、450：低通滤波器；500：电子设备；510：通信部；520：处理部；530：操作部；540：显示部；550：存储部；adc：a/d转换器；amp：放大电路；cb：电容器；cp0：比较电路；cp1～cp4：第1～第4比较电路；dq：数字值；dq1～dq4：第1～第4时间数字转换值；ivb1：反相器；sla：选择器；sta：第1信号；sta1～sta4：第1～第4开始信号(比较结果信号)；stp：第2信号(对象信号)；stp1～stp4：第1～第4停止信号(比较结果信号)；swb2：开关元件(开关)；tcp：比较期间；tdc1～tdc4：第1～第4时间数字转换电路；tdf：时间差；trs：初始化期间；vos：测量电压；vth0：阈值电压；vth1～vth4：第1～第4阈值电压；xtal1～xtal3：第1～第3振荡元件；t0：转变时刻。

具体实施方式

以下，详细说明本发明的优选实施方式。另外，以下说明的本实施方式并非不当地限定权利要求书所述的本发明的内容，本实施方式中说明的全部结构并非都是作为本发明的解决手段所必须的。

1.物理量测量装置、电路装置

图1是本实施方式的电路装置、以及包含该电路装置的物理量测量装置的第1结构例。物理量测量装置400包含电路装置10、处理装置410、发光部420(光源、发光装置)、受光部430(受光传感器、受光装置)、低通滤波器440、450。电路装置10包含afe电路30(模拟前端电路)、处理电路20(时间数字转换电路)。电路装置10例如通过集成电路装置(半导体电路装置)实现。另外，物理量测量装置和电路装置不限于图1的结构，可以实施省略其构成要素的一部分或追加其他构成要素等各种变形。例如，物理量测量装置可以不是发光部和受光部，而是包含超声波探针的超声波测量装置。此外，由物理量测量装置测量的物理量不限于时间、距离，可考虑流量、流速、频率、速度、加速度、角速度或角加速度等各种物理量。

处理装置410输出指示发光的控制信号ldct、以及表示发光时刻的发光脉冲信号psta(广义而言为发光信号)。脉冲信号psta和控制信号ldct可以是相同的信号。处理装置410例如是mpu(microprocessingunit)、cpu(centralprocessingunit)等处理器、或者ecu(electroniccontrolunit)等控制装置。

发光部420接收控制信号ldct，输出光脉冲(广义而言为光)。发光部420例如包含光源、以及驱动该光源的驱动电路。光源例如是激光光源等。另外，驱动电路可以包含在处理装置410中。受光部430对从测量对象(目标)反射的光脉冲进行光电转换，输出受光脉冲信号pstp(广义而言为受光信号)。受光部430例如是光电二极管、光电晶体管等受光传感器。

低通滤波器440对发光脉冲信号psta进行平滑化(降噪、低通滤波处理)，将处理后的信号作为第1信号sta(开始信号)输出。低通滤波器450对受光脉冲信号pstp进行平滑化(降噪、低通滤波处理)，将处理后的信号作为第2信号stp(停止信号)输出。低通滤波器440、450例如是由电容器和电阻构成的无源低通滤波器。另外，低通滤波器440、450可以内置在电路装置10中。

afe电路30对第1信号sta的电压电平与阈值电压进行比较，检测第1信号sta的电压电平超过阈值电压的时刻。此外，对第2信号stp的电压电平与多个阈值电压进行比较，检测第2信号stp的电压电平超过各阈值电压的时刻。afe电路30将这些比较结果信号作为检测信息dts输出。此外，afe电路30将用于校正afe电路30中的信号的延迟时间的校正用信息作为检测信息dts输出。延迟时间相当于假设afe电路30不具有延迟的情况下的比较结果信号的输出时刻与实际的比较结果信号的输出时刻之间的时间差。如后所述，校正用信息是对给定时刻的第2信号stp的电压值进行a/d转换而得到的a/d转换数据。

处理电路20根据检测信息dts，求出表示第1信号sta与第2信号stp的转变时刻的时间差的数字值dq，输出该数字值dq。具体而言，使用根据a/d转换数据而求出的延迟时间信息对根据比较结果信号而求出的转变时刻的时间差进行校正，求出数字值dq。延迟时间信息是表示afe电路30中的信号的延迟时间的信息。

另外，以上说明了根据对给定时刻的第2信号stp的电压值进行a/d转换而得到的a/d转换数据求出延迟时间信息的例子，但延迟时间信息不限于此。例如，也可以是向处理电路20输入延迟时间信息的结构。例如，也可以是，电路装置10包含存储延迟时间信息的存储器、寄存器等，处理电路20从该存储器、寄存器等读出延迟时间信息。

图2是afe电路和处理电路的详细结构例。afe电路30包含第1～第4比较电路cp1～cp4(第1～第n比较电路)，该第1～第4比较电路cp1～cp4对第2信号stp(停止信号)的电压电平与第1～第4阈值电压vth1～vth4(第1～第n阈值电压)进行比较，输出第1～第4停止信号stp1～stp4(第1～第n停止信号、第1～第n比较结果信号)。stp1～stp4是波形整形后的停止信号。此外，afe电路30包含比较电路cp0，该比较电路cp0根据第1信号sta(开始信号)，输出第1～第4开始信号sta1～sta4(第1～第n开始信号、比较结果信号)。sta1～sta4是波形整形后的开始信号。此外，afe电路30包含测量电路32，该测量电路32在停止信号stp1～stp4中的至少1个停止信号的转变时刻测量第2信号stp的电压电平，输出该测量电压的信息msq。

比较电路cp0包含：比较器，其对信号sta的电压电平与阈值电压vth0进行比较；以及第1～第4缓冲电路，它们对该比较器的输出信号进行缓冲，输出开始信号sta1～sta4。比较电路cp1包含：比较器，其对信号stp的电压电平与阈值电压vth1进行比较；以及缓冲电路，其对该比较器的输出信号进行缓冲，输出停止信号stp1。同样，比较电路cp2、cp3、cp4分别包含：比较器，其对信号stp的电压电平与阈值电压vth2、vth3、vth4进行比较；以及缓冲电路，其对比较器的输出信号进行缓冲，输出停止信号stp2、stp3、stp4。测量电路32包含：采样电路，其在停止信号stp1～stp4中的至少1个停止信号的转变时刻对第2信号stp的电压电平进行采样；a/d转换电路，其对采样到的电压电平进行a/d转换。将a/d转换后的电压电平的数据作为测量电压的信息msq输出。

处理电路20包含第1～第4时间数字转换电路tdc1～tdc4(第1～第n时间数字转换电路)，该第1～第4时间数字转换电路tdc1～tdc4输出第1～第4时间数字转换值dq1～dq4(第1～第n时间数字转换值)。此外，处理电路20包含运算电路22，该运算电路22根据时间数字转换值dq1～dq4和测量电压的信息msq，运算表示第1信号sta与第2信号stp的转变时刻的时间差的数字值dq。

时间数字转换电路tdc1进行将开始信号sta1与停止信号stp1的转变时刻的时间差转换为数字值的处理，输出时间数字转换值dq1。同样，时间数字转换电路tdc2、tdc3、tdc4分别进行将开始信号sta2、sta3、sta4与停止信号stp2、stp3、stp4的转变时刻的时间差转换为数字值的处理，输出时间数字转换值dq2、dq3、dq4。

运算电路22根据时间数字转换值dq1～dq4和测量电压的信息msq进行运算处理，求出对应于信号sta与信号stp的转变时刻的时间差的数字值dq。具体而言，求出基于时间数字转换值dq1～dq4中的至少2个时间数字转换值的校正前的转变时刻、以及基于该至少2个时间数字转换值和测量电压的信息msq的校正值(延迟时间信息)，从该转变时刻减去校正值，求出数字值dq。另外，不限于独立运算校正前的转变时刻和校正值的情况，根据至少2个时间数字转换值和测量电压的信息msq，依照给定的运算式运算数字值dq即可。运算电路22由进行数字信号中的运算的逻辑电路构成。例如，运算电路22是通过时分处理执行运算数字值dq的处理的dsp(digitalsignalprocessor)、或者对数字值dq的运算进行硬件化而得到的逻辑电路。

比较电路cp1～cp4的阈值电压vth1～vth4为互不相同的电压，例如，vth1<vth2<vth3<vth4的关系成立。由此，能够获得信号stp的斜率信息。因此，运算电路22能够利用信号stp的斜率信息，确定信号stp的准确的转变时刻，求出对应于信号sta与stp的转变时刻的时间差的数字值dq。此外，运算电路22求出校正值(延迟时间信息)，根据该校正值对转变时刻进行校正，求出数字值dq，由此，能够校正afe电路30中的信号的延迟时间，能够使时间计测高精度化。之后在图3、图4中叙述该运算处理的详细情况。

另外，以上说明了比较电路cp0将开始信号sta1～sta4输出至时间数字转换电路tdc1～tdc4的例子，但不限于此。例如，也可以是，比较电路cp0包含比较器和1个缓冲电路，缓冲电路对比较器的输出信号进行缓冲，将开始信号输出至时间数字转换电路tdc1～tdc4。此外，以上，以从电路装置10的外部输入信号sta的情况为例进行了说明，但不限于此。例如，电路装置10可以自主产生信号sta。在该自主型的情况下，开始信号sta1～sta4不从afe电路30输入，而在处理电路20的内部生成。在该情况下，能够省略比较电路cp0。而且，时间数字转换电路tdc1～tdc4将自主产生的开始信号sta1～sta4与来自比较电路cp1～cp4的停止信号stp1～stp4之间的转变时刻的时间差转换为数字值。

2.时间差的数字值的运算处理

图3、图4是说明本实施方式中的时间差的数字值的运算处理的图。另外，以下说明使用阈值电压vth1、vth2的例子，但不限于此，使用阈值电压vth1～vth4中的任意两个阈值即可。

如图3所示，输入至afe电路30的信号stp为脉冲波形(包含脉冲波形)。该波形例如由于光的传递路径的状况、反射光的对象物的特性、受光部的特性、受光信号的传递路径(例如低通滤波器等)的传递特性等各种原因，成为平缓变化的波形(钝化的波形)。在本实施方式中，比较电路cp1、cp2检测信号stp的电压电平超过阈值电压vth1、vth2的时刻t1、t2。然后，处理电路20求出对信号stp的波形进行近似的直线，对该直线进行外插而求出直线的过零点(stp的电压电平成为零的点)，求出该过零点作为转变时刻t0。如在图4中所说明那样，实际检测的时刻t1、t2相对于理想时刻延迟，因此，在求出转变时刻t0时，根据来自测量电路32的测量电压的信息msq进行校正。

图4的sg1示意性(直线式)地示出输入至afe电路30的信号stp的电压波形。sg2是假设延迟了afe电路30中的信号的延迟时间后的信号stp的电压波形。

在信号stp的电压电平小于阈值电压vth1、vth2的情况下，比较电路cp1、cp2输出低电平(第1逻辑电平)的停止信号stp1、stp2，在信号stp的电压电平大于阈值电压vth1、vth2的情况下，比较电路cp1、cp2输出高电平(第2逻辑电平)的停止信号stp1、stp2。在假设没有afe电路30中的信号的延迟的理想情况下，停止信号stp1、stp2在时刻tx1、tx2从低电平变化为高电平。实际上，时刻以afe电路30中的信号的延迟时间延迟，因此，停止信号stp1、stp2在时刻t1、t2(t1＞tx1、t2＞tx2)从低电平变化为高电平。

为了校正该延迟时间，测量电路32对时刻t2的信号stp的电压电平进行采样。设该采样后的电压为vsmp。测量电路32对电压vsmp与作为阈值电压vth2的差分电压的测量电压vos进行a/d转换，将其a/d转换数据作为测量电压的信息msq输出。处理电路20根据由比较电路cp1、cp2检测到的时刻t1、t2和由测量电路32测量出的测量电压vos，通过下式(1)～(3)，求出信号stp的转变时刻t0。t0’表示假设没有afe电路30中的信号的延迟的理想情况下的转变时刻。tc是对转变时刻进行校正的校正值，对应于afe电路30中的信号的延迟时间。

t0＝t0′-tc(1)

校正值tc是测量电路32测量出的测量电压vos除以根据阈值电压vth1、vth2和时刻t1、t2而求出的直线的斜率后的值。通过用这样的校正值tc对转变时刻进行校正，能够进行校正了afe电路30中的信号延迟的高精度的时间数字转换。

另外，上式(1)～(3)不限定运算的顺序。即，可以在通过下式(2)、(3)运算出t0’、tc之后，通过下式(1)求出t0，也可以通过基于将下式(2)、(3)代入下式(1)而得到的式子的运算，求出t0。

此外，在图3、图4中，使用信号stp1、stp2的转变时刻而求出了信号stp的转变时刻t0，但在本实施方式中，根据信号sta1、sta2与信号stp1、stp2的转变时刻的时间差，求出信号sta与信号stp的转变时刻的时间差。即，计测时刻t1作为信号sta1与信号stp1的转变时刻的时间差，计测时刻t2作为信号sta2与信号stp2的转变时刻的时间差。然后，运算转变时刻t0作为信号sta与信号stp的转变时刻的时间差。

根据以上实施方式，电路装置10包含afe电路30(模拟前端电路)和处理电路20，该afe电路30输入对象信号(stp)，该处理电路20根据来自afe电路30的输出信号(dts)进行运算处理。afe电路30具有比较电路cp1～cp4(第1～第n比较电路)，该比较电路cp1～cp4进行对象信号的电压电平与阈值电压vth1～vth4(第1～第n阈值电压(n为2以上的整数))之间的比较，输出比较结果信号(stp1～stp4。第1～第n比较结果信号)。处理电路20根据比较结果信号(stp1～stp4)和afe电路30的延迟时间信息，求出对象信号的转变时刻(t0)。

这样，能够根据通过对象信号与阈值电压vth1～vth4之间的比较而得到的比较结果信号，求出对象信号的转变时刻。能够根据比较结果信号知晓对象信号的电压电平变为阈值电压vth1～vth4的时刻，因此，能够根据该信息，获得对象信号的电压电平的时间变化的信息。能够根据时间变化的信息，准确地估计对象信号的转变时刻。例如，能够在上式(1)～(3)中根据比较结果信号，用直线对对象信号的电压电平的时间变化进行近似，根据该直线的过零点估计对象信号的转变时刻。

例如，如图5、图6所示，假设使用1个阈值电压vth检测出对象信号(stp)的转变时刻。图5、图6的trf是作为基准的时刻(例如，信号sta的转变时刻)。在图5、图6中，检测对象信号的电压电平为阈值电压vth的时刻t1a、t1b作为对象信号的转变时刻。这时，在如图5那样对象信号的峰值较高的情况下(例如，在图1的物理量测量装置中对象物的距离较近的情况下)，在波形的上升处达到阈值电压vth。另一方面，在如图6那样对象信号的峰值较低的情况下(例如，在图1的物理量测量装置中对象物的距离较远的情况下)，在接近波形的峰值的位置达到阈值电压vth。因此，检测为转变时刻的t1a、t1b是取决于对象信号的波形(例如，峰值、时间变化的斜率等)而包含误差的值。例如，如果以对象信号的电压电平从零开始上升的时刻为基准，则从该基准到t1a、t1b的时间是取决于对象信号的波形而不同的时间。关于此点，根据本实施方式，通过比较对象信号的电压电平和多个阈值电压，例如，能够进行对象信号的波形的直线近似等，能够减少对象信号的转变时刻的检测误差。

此外，根据本实施方式，根据afe电路30的延迟时间信息求出对象信号的转变时刻，由此，能够更高精度地检测对象信号的转变时刻。即，能够根据延迟时间信息，校正afe电路30中的对象信号的延迟时间，能够减少对象信号的转变时刻的检测误差。例如，在上式(1)～(3)中，校正值tc对应于延迟时间信息，利用该延迟时间信息，校正转变时刻。例如，在延迟时间为时间数字转换的分辨率或者精度(偏差)的相同程度以上的情况下，延迟时间对时间数字转换的性能造成的影响可能变大。在本实施方式中，通过校正该延迟时间，能够实现高性能的时间数字转换(高性能的物理测量)。

如上所述，在本实施方式中，能够根据比较电路cp1～cp4的比较结果信号和afe电路30的延迟时间信息，高精度地检测对象信号的转变时刻。因此，能够实现物理量测量装置的低成本化。例如，在专利文献1的现有技术中，使用了用于计测受光信号的波形的高采样速率的a/d转换器，但在本实施方式中，即使不依赖于这样的高采样速率的a/d转换器，也能够高精度地检测对象信号的转变时刻。

此外，在本实施方式中，处理电路20根据比较结果信号(stp1～stp4)，求出表示关于对象信号(stp)的电压相对于时间的变化特性的时间电压特性信息，根据该时间电压特性信息，求出延迟时间信息。

对象信号的波形与对象信号的取得条件(物理量的测量条件)对应地发生变化，因此，输入到afe电路30中的对象信号具有各种时间电压特性。例如，如图5、图6所示，当对象信号的峰值发生变化时，对象信号的电压电平的时间变化的斜率发生变化。此外，在图1的距离测量装置中，对象信号的波形根据光的传递路径的状况、反射光的对象物的特性、受光部的特性等测量条件而发生变化。这样，在对象信号的时间电压特性发生变化时，afe电路30中的对象信号的延迟时间有时发生变化。例如，具有如下倾向：对象信号的电压电平的时间变化的斜率越小，则比较电路cp1～cp4(比较器)的反应时间越长。关于此点，根据本实施方式，能够根据比较电路cp1～cp4的比较结果信号，求出对象信号的时间电压特性信息。而且，根据该时间电压特性信息求出延迟时间信息，由此，能够使求出对象信号的转变时刻时的延迟时间的校正高精度化。

另外，在图4和上式(1)～(3)中，对象信号的电压电平的时间变化的斜率对应于时间电压特性信息，但时间电压特性信息不限于此。例如，也可以使用比较结果信号(stp1～stp4)中的3个以上的比较结果信号的转变时刻，用曲线对对象信号的电压电平的时间变化进行近似(拟合)，将该曲线的信息设为时间电压特性信息。而且，也可以根据该曲线和测量电压vos，求出对象信号的转变时刻。

此外，在本实施方式中，afe电路30具有测量电路32，该测量电路32测量测量电压vos，该测量电压vos基于比较电路cp1～cp4中的至少1个比较电路的比较结果信号(stp1～stp4中的至少1个)的转变时刻的对象信号(stp)的电压电平。处理电路20根据测量电压vos，求出延迟时间信息。

如在图4中所说明那样，在对象信号的电压电平超过阈值电压vth1～vth4的时刻与比较电路cp1～cp4的比较结果信号转变的时刻之间具有延迟。因此，在比较结果信号转变的时刻，对象信号的电压电平与阈值电压vth1～vth4不同。在本实施方式中，通过测量基于至少1个比较电路的比较结果信号的转变时刻的对象信号(stp)的电压电平的测量电压vos，能够取得上述延迟的信息。而且，根据该测量电压vos求出延迟时间信息，由此，能够求出与比较电路cp1～cp4中的实际延迟时间对应的延迟时间信息。如上所述，afe电路30中的延迟时间根据对象信号的取得条件(物理量的测量条件)而不同。根据本实施方式，即使存在这样的延迟时间的变动，也能够取得准确的延迟时间信息。

另外，在图4中，测量电压vos是比较结果信号(stp2)的转变时刻的对象信号(stp)的电压电平(vsmp)与阈值电压vth2的差分电压。但是，测量电压不限于此，只要是与比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平对应的电压即可。例如，测量电压也可以是比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平本身。在该情况下，例如，也可以是，a/d转换电路对比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平进行a/d转换，运算电路22从a/d转换数据减去表示阈值电压vth2的数据，取得与图4的vos对应的数据。

此外，在图4和上式(1)～(3)中，根据1个比较电路的比较结果信号，测量出测量电压，但不限于此，也可以根据多个比较电路的比较结果信号，对测量电压进行测量。即，也可以测量基于多个比较结果信号各自的转变时刻的对象信号的电压电平的测量电压。在该情况下，可与多个比较结果信号各自的转变时刻对应地得到测量电压，能够根据该多个测量电压(中的1个或者多个测量电压)，求出对象信号的转变时刻。

此外，在本实施方式中，afe电路30具有比较电路cp0(第1信号用比较电路)，该比较电路cp0对第1信号sta与阈值电压vth0进行比较。处理电路20具有时间数字转换电路tdc1～tdc4(第1～第n时间数字转换电路)和运算电路22。时间数字转换电路tdc1～tdc4将来自比较电路cp0的输出信号(sta1～sta4。比较结果信号)与来自比较电路cp1～cp4的比较结果信号(stp1～stp4)之间的转变时刻的时间差转换为数字值，输出时间数字转换值dq1～dq4(第1～第n时间数字转换值)。运算电路22根据时间数字转换值dq1～dq4和延迟时间信息，求出第1信号sta与作为对象信号的第2信号stp之间的转变时刻的时间差。

这样，能够根据时间数字转换值dq1～dq4求出不考虑延迟的情况下的信号sta与信号stp之间的转变时刻的时间差。此外，能够根据延迟时间信息求出不考虑延迟的情况下的时间差。例如，在上式(1)～(3)中，t0’相当于不考虑延迟的情况下的时间差，tc相当于延迟时间信息。而且，通过从t0’减去tc而进行校正，求出信号sta与信号stp之间的转变时刻的时间差。

此外，在本实施方式中，设时间数字转换值dq1～dq4(第1～第n时间数字转换值)的第k时间数字转换值为tk(k为1以上、n以下的整数)、第m时间数字转换值为tm(m为1以上、n以下且m≠k的整数)。另外，在本实施方式中，n＝4，但n不限于4。此外，设阈值电压vth1～vth4(第1～第n阈值电压)的第k阈值电压为vthk、第m阈值电压为vthm。此外，设比较电路cp1～cp4(第1～第n比较电路)的第m比较电路的比较结果信号(stpm)的转变时刻的对象信号(stp)的电压电平为vsmp。这时，afe电路30具有测量电路32，该测量电路32测量vos＝vsmp-vthm。延迟时间信息为tc＝vos×(tm-tk)/(vthm-vthk)。而且，运算电路22求出t0＝(vthm×tk-vthk×tm)/(vthm-vthk)-tc作为对象信号的转变时刻。另外，在上式(1)～(3)中说明了k＝1、m＝2的情况，但不限于此。

这样，根据时间数字转换值tk、tm，通过(tm-tk)/(vthm-vthk)求出对象信号的电压电平的时间变化的斜率，根据该斜率和测量电压vos，求出tc作为延迟时间信息。此外，根据时间数字转换值tk、tm，通过(vthm×tk-vthk×tm)/(vthm-vthk)求出不考虑afe电路30中的延迟的情况下的对象信号的转变时刻。而且，通过从该转变时刻减去tc，能够求出校正延迟后的对象信号的转变时刻。

3.afe电路

图7是afe电路的第2详细结构例。afe电路30包含比较电路cp0、第1～第4比较电路cp1～cp4、d/a转换电路daca、dacb(广义而言为电压输出电路)、测量电路32。另外，对上述的结构要素标注相同的标号，并适当省略对该结构要素的说明。

d/a转换电路daca例如根据设定在未图示的寄存器等中的设定信息，输出与该设定信息对应的阈值电压vth0。即，对作为设定信息的代码值进行d/a转换而转换为阈值电压vth0。d/a转换电路dacb例如根据设定在未图示的寄存器等中的设定信息，输出与该设定信息对应的阈值电压vth1～vth4。即，对作为设定信息的第1～第4代码值进行d/a转换而转换为阈值电压vth1～vth4。例如，d/a转换电路daca、dacb分别由梯形电阻和开关构成，该梯形电阻连接在第1电压的节点和第2电压的节点之间，该开关选择由梯形电阻分割的多个电压中的任意一个，将所选择的电压作为阈值电压输出。

另外，d/a转换电路daca、dacb可以构成为一体的d/a转换电路。此外，阈值电压vth0、vth1～vth4可以为固定的电压。在该情况下，afe电路30包含输出阈值电压vth0的电压输出电路、以及输出阈值电压vth1～vth4的电压输出电路，而不是包含d/a转换电路daca、dacb。

测量电路32包含选择器sla(数字选择器、逻辑选择器)、选择器slb(模拟选择器)、开关元件swa(开关)、电容器ca、a/d转换电路34。

向选择器sla输入停止信号stp1～stp4，选择器sla选择停止信号stp1～stp4中的任意一个。选择器sla将所选择的信号的逻辑反转信号作为触发信号trx(采样控制信号)输出。选择器sla例如由逻辑电路构成。

开关元件swa的导通和断开由触发信号trx控制。具体而言，在触发信号trx为高电平(第2逻辑电平)时导通，在触发信号trx为低电平(第1逻辑电平)时断开。开关元件swa是模拟开关，例如由晶体管构成。

电容器ca在触发信号trx为高电平的期间中对信号stp的电压电平进行采样，对触发信号trx从高电平变为低电平时的信号stp的电压电平进行保持。

向选择器slb输入阈值电压vth1～vth4，选择器slb选择阈值电压vth1～vth4中的任意一个，将所选择的阈值电压作为电压vths输出。具体而言，在选择器sla选择了停止信号stp1时，选择器slb选择阈值电压vth1。同样，在选择器sla选择了停止信号stp2、stp3、stp4时，选择器slb分别选择阈值电压vth2、vth3、vth4。例如，选择器slb由模拟开关构成，该模拟开关由晶体管构成。

向a/d转换电路34输出差分电压，该差分电压由电容器ca采样并保持的电压vsmp和选择器slb选择出的电压vths构成。a/d转换电路34对该差分电压进行a/d转换，将其a/d转换数据作为测量电压的信息msq输出。

a/d转换电路34包含放大电路amp(差分放大电路)、a/d转换器adc。向放大电路amp输入由电压vsmp和电压vths构成的差分电压。放大电路amp对该差分电压进行差分放大，将放大后的差分电压输出到a/d转换器adc。放大电路amp例如是能够可变地设定增益的可编程增益放大器。或者，放大电路amp可以是增益为固定的放大电路。a/d转换器adc对来自放大电路amp的差分电压进行a/d转换，将其a/d转换数据作为测量电压的信息msq输出。作为a/d转换器adc的方式，例如可以采用逐次比较型、闪速型、流水线型或者双积分型等。

图8是比较电路的详细结构例。另外，以下，以比较电路cp2为例进行说明，但比较电路cp1、cp3、cp4也是相同的结构。此外，在图8中，说明选择器sla选择停止信号stp2作为触发信号trx、选择器slb选择阈值电压vth2的例子，省略选择器sla、slb的图示。另外，对信号sta与阈值电压vth0进行比较的比较电路cp0也能够与图8的比较电路cp2同样构成。

比较电路cp2包含：开关元件swb1、swb2(开关)，它们的导通和断开由复位信号rsk控制；以及开关元件swb3、swb4(开关)，它们的导通和断开由复位信号rsk的逻辑反转信号rskx控制。此外，比较电路cp2包含：缓冲电路bfb，其对输入电压进行缓冲，输出与输入电压相同的电压的输出电压；电容器cb，其设置在缓冲电路bfb的输出与反相器ivb1的输入之间；反相器ivb1(放大电路)，该反相器ivb1的输入输出由开关元件swb2反馈；以及反相器ivb2，其经由开关元件swb4输入反相器ivb1的输出。开关元件swb1～swb4是模拟开关，例如由晶体管构成。缓冲电路bfb例如是放大器电路，例如是电压跟随器等。另外，在图2中说明了比较电路由比较器和缓冲电路构成的情况，但在图8中，开关元件swb1～swb4、缓冲电路bfb、电容器cb、反相器ivb1相当于比较器，反相器ivb2相当于缓冲电路。

图9是说明afe电路的动作的时序图。这里，说明将图8的结构应用于图7的情况下的afe电路30的动作。另外，以下，以比较电路cp2的动作为例进行说明，但比较电路cp1、cp3、cp4也是相同的动作。

如图9所示，在初始化期间trs中，复位信号rsk变为高电平，比较电路cp2的开关元件swb1、swb2导通，开关元件swb3、swb4断开。这样，经由开关元件swb1向缓冲电路bfb输入阈值电压vth2，反相器ivb1的输入输出由开关元件swb2反馈。缓冲电路bfb缓冲后的阈值电压vth2输入到电容器cb的一端，反相器ivb1的阈值电压(逻辑阈值电压)输入到电容器cb的另一端。

接着，在比较期间tcp中，复位信号rsk变为低电平，比较电路cp2的开关元件swb1、swb2断开，开关元件swb3、swb4导通。这样，经由开关元件swb3向缓冲电路bfb输入信号stp，反相器ivb1的输入输出变为不连接(不被反馈的状态)，反相器ivb1的输出经由开关元件swb4输入到反相器ivb2。这时，电容器cb中保持有阈值电压vth2与反相器ivb1的阈值电压的差分(在初始化期间trs中电容器cb所采样的电位差)。能够利用该电容器cb所保持的电位差进行比较动作。即，在信号stp的电压电平低于阈值电压vth2时，反相器ivb1的输入低于阈值电压，因此，停止信号stp2为低电平。在信号stp的电压电平超过阈值电压vth2时，反相器ivb1的输入超过阈值电压，因此，停止信号stp2从低电平变化为高电平。同样，在比较期间tcp中进行信号stp的电压电平与阈值电压vth1、vth3、vth4的比较，进行信号sta的电压电平与阈值电压vth0的比较。

在比较期间tcp中作为信号sta输入了脉冲信号时，比较电路cp0对该信号sta的电压电平与阈值电压vth0进行比较，开始信号sta1从低电平变为高电平，从高电平变为低电平。同样，在作为信号stp输入了脉冲信号时，比较电路cp1～cp4对该信号stp的电压电平与阈值电压vth1～vth4进行比较，停止信号stp1～stp4从低电平变为高电平，从高电平变为低电平。在vth1<vth2<vth3<vth4的情况下，按照stp1、stp2、stp3、stp4的顺序从低电平变为高电平，按照stp4、stp3、stp2、stp1的顺序从高电平变为低电平。

在停止信号stp2从低电平变为高电平时，触发信号trx从高电平变为低电平。在触发信号trx为高电平的期间，测量电路32的采样动作成为采样状态。即，开关元件swa导通，信号stp的电压电平被采样到电容器ca中。在触发信号trx从高电平变为低电平时，开关元件swa从导通变为断开，电容器ca保持这时的信号stp的电压电平(vsmp)。截至给定的时刻为止，触发信号trx保持为低电平，在此期间，电容器ca保持采样电压。给定的时刻例如为a/d转换器adc结束输入电压的采样之后的时刻。

放大电路amp对电容器ca所保持的电压(vsmp)与阈值电压vth2的差分电压进行放大，a/d转换器adc对放大电路amp的输出差分电压进行采样和保持，对所保持的电压进行a/d转换。采样的结束时刻(保持的时刻)是比较期间tcp的结束后、触发信号trx从低电平变为高电平之前的期间的给定时刻。例如，在a/d转换器adc为逐次比较型的a/d转换电路的情况下，在转换动作中进行逐次比较动作，将通过该逐次比较动作而得到的a/d转换数据作为测量电压的信息msq输出。

根据以上实施方式，测量电路32具有采样电路和a/d转换电路34。采样电路对比较结果信号(sta1～sta4。第1～第n比较结果信号)的第i比较结果信号(stpi。i为1以上、n以下的整数)的转变时刻的对象信号(stp)的电压电平进行采样。a/d转换电路34输入由采样电路采样的电压电平(vsmp)、以及阈值电压vth1～vth4的第i阈值电压vthi(vths)，将由采样电路采样到的电压电平(vsmp)与第i阈值电压vthi的差分电压作为测量电压vos进行a/d转换。

在图7、图8中，采样电路对应于开关元件swa和电容器ca。另外，在图7、图8中，a/d转换电路34包含放大电路amp和a/d转换器adc，但不限于此，例如，也可以省略放大电路amp。即，由采样电路采样到的电压电平和第i阈值电压vthi可以输入到a/d转换器adc。

根据本实施方式，对第i比较结果信号(stpi)的转变时刻的对象信号的电压电平进行采样，将所采样的电压电平(vsmp)与第i阈值电压vthi的差分电压作为测量电压(vos)进行a/d转换。由此，能够测量出基于比较电路的比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平的测量电压。

此外，在本实施方式中，测量电路32具有选择器sla，该选择器sla选择比较结果信号(stp1～stp4。第1～第n比较结果信号)中的任意一个作为第i比较结果信号(stpi)。采样电路对由选择器选择出的第i比较结果信号(stpi)的转变时刻的对象信号(stp)的电压电平进行采样。

这样，能够对比较结果信号(stp1～stp4)中的至少1个比较结果信号的转变时刻的对象信号的电压电平进行采样。具体而言，能够对第i比较结果信号(stpi)的转变时刻的对象信号的电压电平进行采样。

此外，在本实施方式中，比较电路cp1～cp4的第j比较电路(j为1以上、n以下的整数)cpj包含：电容器cb，在初始化期间trs中，该电容器cb的一端输入阈值电压vth1～vth4的阈值电压vthj，在比较期间tcp中，该电容器cb的一端输入对象信号(stp)；以及放大电路(ivb1、swb2)，其与电容器cb的另一端连接。

这样，在初始化期间trs中，电容器cb的一端输入阈值电压vthj，由此，能够使电容器cb保持以阈值电压vthj为基准的电位差。而且，在比较期间tcp中，电容器cb的一端输入对象信号，由此，能够在保持电容器cb的两端的电位差的状态下使电容器cb的另一端的电压伴随对象信号的电压电平的变化而变化。而且，该电容器cb的另一端的电压输入到放大电路，根据该放大电路的输出，输出比较结果信号。

此外，在本实施方式中，放大电路具有反相器ivb1和开关(swb2)。开关在初始化期间trs中连接反相器ivb1的输出和输入，在比较期间tcp中不连接反相器的输出和输入。

这样，通过在初始化期间trs中连接反相器ivb1的输出和输入，电容器cb的另一端成为反相器ivb1的阈值电压(逻辑阈值电压)。由此，保持阈值电压vthj与反相器ivb1的阈值电压的差分作为电容器cb的两端的电位差。而且，在比较期间tcp中不连接反相器的输出和输入，因此，反相器ivb1作为对电容器cb的另一端的电压进行放大(反转放大)的放大电路发挥功能。该放大电路的输出电压实质上为低电平(第1电源电压、低电位侧电源电压)或者高电平(第2电源电压、高电位侧电源电压)，在输入电压(电容器cb的另一端的电压)与给定的阈值电压的差分电压为正、负的情况下，分别输出低电平、高电平。由此，能够检测对象信号的电压电平超过阈值电压vthj的时刻，将其检测结果作为比较结果信号输出。

4.电路装置、物理量测量装置的第2结构例

图10是本实施方式的电路装置、以及包含该电路装置的物理量测量装置的第2结构例。物理量测量装置400包含第1～第3振荡元件xtal1～xtal3和电路装置10。电路装置10包含afe电路30、处理电路20和第1pll电路120、第2pll电路130。此外，电路装置10可以包含振荡电路103、控制电路12、信号端子psa、psp、振荡用的端子p1～p6。另外，如图1所述，物理量测量装置400可以构成为还包含发光部420、受光部430等的距离测量装置。

振荡元件xtal1～xtal3例如通过石英振动片等振动片(压电振动片)实现。例如，通过切角为at切或sc切等的进行厚度剪切振动的石英振动片等实现。但是，本实施方式的振荡元件xtal1～xtal3不限于此，例如也可以通过厚度剪切振动型以外的振动片、由石英以外的材料形成的压电振动片等各种振动片实现。

afe电路30进行来自信号端子psa、psp的信号sta、stp的波形整形。处理电路20将波形整形后的信号sta、stp的转变时刻的时间差转换为数字值dq。振荡电路103进行使振荡元件xtal3振荡的振荡动作，生成时钟频率为fr的基准时钟信号ckr。pll电路120、130分别生成与基准时钟信号ckr相位同步的时钟信号ck1、ck2。具体而言，pll电路120的控制信号生成电路121通过将基于来自振荡电路101的时钟信号ck1与来自振荡电路103的基准时钟信号ckr的相位比较的控制信号sc1输出到振荡电路101，使ck1与ckr进行相位同步。此外，pll电路130的控制信号生成电路131通过将基于来自振荡电路102的时钟信号ck2与来自振荡电路103的基准时钟信号ckr的相位比较的控制信号sc2输出到振荡电路102，使ck2与ckr进行相位同步。时钟信号ck1、ck2与基准时钟信号ckr进行相位同步，由此，ck1、ck2进行相位同步，能够将ck1、ck2的频率关系、相位关系保持为规定关系。例如，在设ck1、ck2的时钟频率为f1、f2的情况下，由pll电路120、130(同步化电路、控制部)进行保持n/f1＝m/f2的频率关系(n、m为2以上的相互不同的整数)的控制。如果使用这样的时钟信号ck1、ck2进行时间数字转换，则能够将ck1、ck2设定为适当的频率关系，执行时间数字转换，因此，能够实现高性能的时间数字转换。另外，控制电路12例如通过逻辑电路实现，进行电路装置10的控制处理等各种处理。例如，控制电路12向图7的d/a转换电路daca、dacb输出设定信息(代码值)，或输出对选择器sla、slb进行控制的控制信号，或输出图8的复位信号rsk。此外，除缓冲电路、电阻、电容器等电路元件以外，振荡电路101、102、103还能够包含供给振荡电路用电源的电源电路(稳压器)等。

另外，在本实施方式中，主要说明了设置3个振荡元件xtal1～xtal3的情况，但本实施方式不限于此，振荡元件的个数也可以是2个，还可以是4个以上。例如，在图10中，设置有2个pll电路120、130，也可以构成为仅设置1个pll电路。例如，pll电路进行由第1振荡电路生成的时钟信号ck1与由该pll电路具有的第2振荡电路(vcxo)生成的时钟信号ck2的相位比较，根据相位比较结果(控制电压)控制第2振荡电路的振荡频率，使ck1和ck2进行相位同步。在该情况下，仅设置第1、第2振荡电路用的2个振荡元件即可。

5.时间数字转换

接着，说明时间数字转换的详细例。图11是示出信号sta(开始信号)与信号stp(停止信号)的关系的图。处理电路20将信号sta与stp的转变时刻的时间差tdf转换为数字值dq。具体而言，afe电路30对信号sta进行波形整形，从而生成开始信号sta1～sta4，对信号stp进行波形整形，从而生成停止信号stp1～stp4。而且，时间数字转换电路tdc1将sta1与stp1的转变时刻的时间差tdf1转换为时间数字转换值dq1。同样，时间数字转换电路tdc2、tdc3、tdc4分别将sta2与stp2的转变时刻的时间差tdf2、sta3与stp3的转变时刻的时间差tdf3、sta4与stp4的转变时刻的时间差tdf4转换为时间数字转换值dq2、dq3、dq4。而且，运算电路22根据时间差tdf1～tdf4的时间数字转换值dq1～dq4，求出时间差tdf的数字值dq。数字值dq例如通过上式(1)～(3)中说明的方法求出。即，通过将图11的tdf1、tdf2代入上式(2)、(3)的t1、t2中，求出图11的tdf作为上式(1)的t0。

另外，在图11中，tdf为信号sta与stp的上升的转变时刻间(上升沿间)的时间差，但也可以为信号sta与stp的下降的转变时刻间(下降沿间)的时间差。例如，在本实施方式中，如图1所说明那样，使用信号sta将照射光(例如激光)射出到对象物(例如汽车的周围的物体)。然后，通过来自对象物的反射光的接收，生成信号stp。由此，通过将信号sta与stp的转变时刻的时间差tdf转换为数字值dq，例如能够以飞行时间(tof)的方式，测量与对象物之间的距离作为物理量，能够在例如汽车的自动驾驶、机器人的动作控制等中利用。或者，在本实施方式中，使用信号sta将发送声波(例如超声波)发送到对象物(例如生物体)。而且，通过接收来自对象物的接收声波，生成信号stp。由此，能够测量与对象物之间的距离等，能够进行基于超声波的生物体信息的测量等。另外，在图11中，也可以通过信号sta对发送数据进行发送，使用基于接收数据的接收的信号stp，由此，测量从发送了发送数据起至接收到接收数据为止的时间。此外，通过本实施方式测量的物理量不限于时间、距离，还可以考虑流量、流速、频率、速度、加速度、角速度或角加速度等各种物理量。

图12是说明本实施方式的时间数字转换方法的信号波形图。另外，以下，以时间数字转换电路tdc1的动作为例进行说明，但时间数字转换电路tdc2～tdc4也是相同的动作。

在相位同步时刻tma进行了时钟信号ck1、ck2的相位同步，时钟信号ck1、ck2的转变时刻一致。然后，时钟信号ck1、ck2的时钟间时间差tr(相位差)如δt、2δt、3δt……这样，按照每个时钟周期(cct)而每次增加δt。而且，在下一个相位同步时刻tmb，例如进行了时钟信号ck1、ck2的相位同步，时钟信号ck1、ck2的转变时刻一致。

在本实施方式中，使用多个振荡元件xtal1、xtal2，使用其时钟频率差将时间转换为数字值。即，时间数字转换电路tdc1以与时钟频率f1、f2的频率差|f1-f2|对应的分辨率将时间转换为数字值。例如，利用游标卡尺的原理将时间转换为数字值。由此，能够使用频率差|f1-f2|设定时刻数字转换的分辨率，能够实现时间数字转换的精度、分辨率等性能的提高等。具体而言，时间数字转换的分辨率(时间分辨率)能够表示为δt＝|1/f1-1/f2|＝|f1-f2|/(f1×f2)。而且，时间数字转换电路tdc1以δt＝|1/f1-1/f2|＝|f1-f2|/(f1×f2)的分辨率δt将时间转换为数字值。分辨率表示为δt＝|f1-f2|/(f1×f2)，为与频率差|f1-f2|对应的分辨率。

由此，能够通过时钟频率f1、f2的设定，设定时刻数字转换的分辨率。例如，通过减少频率差|f1-f2|，能够减少分辨率δt，能够实现高分辨率的时间数字转换。此外，通过将时钟频率f1、f2设为较高的频率，能够减少分辨率δt，能够实现高分辨率的时间数字转换。而且，如果使用振荡xtal1、xtal2生成时钟信号ck1、ck2，则与使用半导体元件的延迟元件的情况相比，还可实现时间数字转换的精度的提高。特别是在本实施方式中，使用了石英振子作为振荡元件xtal1、xtal2，因此，能够将由于制造偏差或温度变动等环境变动而引起的时钟频率f1、f2的变动抑制在最小限度。因此，还能够将分辨率δt＝|f1-f2|/(f1×f2)的变动抑制在最小限度，能够实现时间数字转换的进一步的高性能化。

如图12所示，相位同步时刻tma和tmb之间的期间tab的长度为与时钟信号ck1的n个时钟数对应的长度。此外，期间tab的长度为与时钟信号ck2的m个时钟数对应的长度。这里，n、m为2以上的相互不同的整数。在图12中，n＝17、m＝16、n-m＝1。此外，tab＝n/f1＝m/f2的关系成立。如果设f2＝16mhz，n＝17，m＝16，则f1＝17mhz，n/f1＝m/f2的关系式成立。例如，控制振荡电路101、102中的至少一个振荡电路，使得n/f1＝m/f2的关系成立。由此，在相位同步时刻tma，在时钟信号ck1、ck2的转变时刻一致后，时钟间时间差tr如δt、2δt、3δt……这样每次增加δt。然后，在下一个相位同步时刻tmb，时钟信号ck1、ck2的转变时刻一致，时钟间时间差tr为0。然后，时钟间时间差tr按照每个时钟周期而每次增加δt。

这样，通过生成在相位同步时刻为0、然后每次增加δt(分辨率)的时钟间时间差tr，能够实现以分辨率δt将时间转换为数字值的时间数字转换。而且，在以分辨率δt进行的时间数字转换的处理中，如图12所示，能够唯一地确定期间tab内的各时钟周期(cct)的时钟间时间差tr，因此，能够实现时间数字转换的处理、电路结构的简化。此外，通过使时钟信号ck1、ck2的转变时刻在相位同步时刻tma、tmb一致(大体一致)，还能够实现时间数字转换的精度提高等。

在本实施方式中，在存在因制造偏差或环境变动引起的时钟频率变动的情况下，例如，也由pll电路120、130(同步化电路)以使时钟信号ck1、ck2成为给定的频率关系或相位关系的方式，控制振荡电路101、102中的至少一个振荡电路。由此，调整时钟信号ck1、ck2的频率关系、相位关系，以补偿因制造偏差或环境变动引起的变动。因此，在存在这种变动的情况下，也能够实现适当的时间数字转换。此外，能够防止因时钟信号ck1、ck2的转变时刻在相位同步时刻tma、tmb的偏移引起的转换精度降低，能够实现时间数字转换的高性能化。

这样，在本实施方式中，以使n/f1＝m/f2的关系式成立的方式控制振荡电路。此外，用δt＝|f1-f2|/(f1×f2)的关系式表示时间数字转换的分辨率。因此，下式(4)成立。

δt＝|n-m|/(n×f2)＝|n-m|/(m×f1)(4)

这样，能够与时间数字转换所要求的分辨率δt对应地设定n、m等，生成时钟信号ck1、ck2。例如，作为时间数字转换的分辨率，要求δt＝2ns(纳秒)的分辨率，时钟信号ck2的时钟频率为f2＝100mhz。在该情况下，在上式(4)中，通过设定为n＝5、m＝4，能够实现分辨率δt＝|5-4|/(5×f2)＝2ns的时间数字转换。这时，根据n/f1＝m/f2的关系式，时钟信号ck1的时钟频率为f1＝(n/m)×f2＝125mhz。此外，作为时间数字转换的分辨率，要求δt＝1ps(皮秒)的分辨率，时钟信号ck2的时钟频率为f2＝122.865mhz。在该情况下，在上式(4)中，通过设定为n＝8139、m＝8138，能够实现分辨率δt＝|8139-8138|/(8139×f2)＝1ps的时间数字转换。这时，根据n/f1＝m/f2的关系式，时钟信号ck1的时钟频率为f1＝(n/m)×f2＝122.880mhz。

此外，在图12中，在相位同步时刻tma之后，作为第1～第i时钟周期(i为2以上的整数)中的时钟信号ck1、ck2的转变时刻的时间差的时钟间时间差tr为δt～i×δt。例如，在相位同步时刻tma之后，在第1时钟周期(cct＝1)中，tr＝δt。同样，在第2～第15时钟周期(cct＝2～15)中，tr＝2δt～15δt。即，第j时钟周期(1≤j≤i)中的时钟间时间差为tr＝j×δt。

在该情况下，在本实施方式中，通过确定信号sta1与stp1的转变时刻的时间差tdf1与作为时钟信号ck1、ck2的转变时刻的时钟间时间差的tr＝δt～i×δt中的哪一个对应来求出与tr对应的时间数字转换值dq1。例如，在图12的b1所示的时钟周期(cct＝5)中，tr＝5δt。而且，信号sta1、stp1的时间差tdf1比tr＝5δt长，tdf1>tr＝5δt。在b2所示的时钟周期(cct＝14)中，tr＝14δt。而且，tdf1比tr＝14δt短，tdf1<tr＝14δt。在b3所示的时钟周期(cct＝10)中，tr＝10δt。而且，tdf1与tr＝10δt相等(大致相同)，tdf1＝tr＝10δt。因此，确定出信号sta1、stp1的时间差tdf1与tr＝10δt对应。其结果，可以判断为，对应于时间差tdf1的时间数字转换值dq1例如是与tr＝10δt对应的数字值。这样，能够实现在相位同步时刻tma之后利用每次增加δt的时钟间时间差tr求出信号sta1与stp1的时间差tdf1的时间数字转换。

图13是本实施方式的时间数字转换的具体方式的一例。例如，设相位同步时刻tma、tmb之间的期间为更新期间tp。具体而言，时钟信号ck1、ck2的第1、第2相位同步时刻之间的期间是更新期间tp1，第2、第3相位同步时刻之间的期间是更新期间tp2，第3、第4相位同步时刻之间的期间是更新期间tp3。更新期间tp2是tp1的下一个更新期间，tp3是tp2的下一个更新期间。以后的更新期间也同样如此。

在该情况下，处理电路20在更新期间tp1中、例如第5时钟周期(第m时钟周期。m为1以上的整数)中产生信号sta1，取得与所产生的信号sta1对应地使信号电平变化的信号stp1。然后，进行用于比较第5时钟周期中的信号sta1与stp1的时间差tdf1和时钟间时间差tr＝5δt的处理。这里，得到tdf1比tr＝5δt长的比较处理的结果。

在更新期间tp1的下一个更新期间tp2中，在根据更新期间tp1中的比较处理的结果而设定的第14时钟周期(第n时钟周期。n为1以上的整数。m和n为相互不同的整数)中产生信号sta1，取得与所产生的信号sta1对应地使信号电平变化的信号stp1。例如，在更新期间tp1中，得到tdf1比tr＝5δt长的比较处理的结果。因此，在下一个更新期间tp2中，设定使tr变得更长的时钟周期。例如，在更新期间tp1中，在tr＝5δt的第5时钟周期中产生了信号sta1，但是在更新期间tp2中，在tr＝14δt的第14时钟周期中产生信号sta1。然后，进行用于比较第14时钟周期中的tdf1和tr＝14δt的处理。这里，得到tdf1比tr＝14δt短的比较处理的结果。

在更新期间tp2的下一个更新期间tp3中，在根据更新期间tp2中的比较处理的结果而设定的第10时钟周期(cct＝10)中产生信号sta1。例如，在更新期间tp2中，得到tdf1比tr＝14δt短的比较处理的结果，因此，设定使得tr变得更短的时钟周期。例如，在tr＝10δt的第10时钟周期中产生了信号sta1。然后，进行用于比较第10时钟周期中的tdf1和tr＝10δt的处理。这里，得到tdf1与tr＝10δt相同(大致相同)的比较处理的结果。因此，可判断为，对应于时间差tdf1的时间数字转换值dq1是与tr＝10δt对应的数字值。

这样，在图13中，上次的更新期间中的比较处理的结果被反馈，从而在本次的更新期间中设定产生信号sta1的时钟周期，进行tdf1与tr的比较处理。这样，通过反馈上次的更新期间中的比较处理的结果，能够使时间数字转换高速化。此外，在作为测量对象的时间或物理量动态地变化的情况下，也能够实现追随该动态变化的时间数字转换。

另外，本实施方式的时间数字转换能够实施各种变形。例如，也可以采用如下方法(重复方法)：通过在进行时间计测的1次测量期间中多次产生信号sta1并进行多次(例如1000次以上)的相位比较，求出与时间差tdf1对应的时间数字转换值dq1。或者，在图13中，将对产生信号sta1的时钟周期进行指定的时钟周期指定值(时钟周期指定信息)存储到电路装置10的存储部(寄存器)中。而且，也可以采用如下方法(时钟周期指定值的更新方法)：通过根据各更新期间tp1、tp2、tp3……中的信号stp1与时钟信号ck2的相位比较结果进行依次更新存储部所存储的时钟周期指定值的处理，求出对应于时间差tdf1的时间数字转换值dq1。或者，也可以采用如下方法(二分检索方法)：通过二分检索，以与时钟频率f1、f2的频率差对应的分辨率求出对应于信号sta1与stp1的转变时刻的时间差tdf1的时间数字转换值dq1。具体而言，通过二分检索实现基于信号stp1与时钟信号ck2的相位比较结果的时钟周期指定值的更新。或者，也可以在通过二分检索的方法缩小了时间数字转换值dq1的检索范围之后，在与该检索范围对应的期间内，通过时钟周期指定值的更新方法，按照每个时钟周期产生信号sta1并进行相位比较，求出最终的时间数字转换值dq1。或者，也可以是，不在电路装置10的内部自主产生信号sta1，而根据从电路装置10的外部输入的信号sta1、以及使用振荡元件xtal1、xtal2而生成的时钟信号ck1、ck2，求出对应于信号sta1与stp1的转变时刻的时间差tdf1的时间数字转换值dq1。例如，也可以一边通过振荡电路101、102使振荡元件xtal1、xtal2以自由运行的方式进行振荡动作，一边进行时间数字转换。

6.变形例

接着，说明本实施方式的变形例。在上述图12、图13中，对自主产生信号sta的自主型时间数字转换进行了说明。在自主型的情况下，电路装置10例如从图10的信号端子psa向外部输出所产生的信号sta。然后，具有脉冲器等的外部驱动电路根据所输出的信号sta，向发光部等发送器件输出开始脉冲(驱动信号)。例如，在由微型计算机等外部处理装置控制驱动电路的情况下，可以将信号sta输出到该处理装置，该处理装置指示驱动电路输出开始脉冲。此外，驱动电路可以内置于发光部等发送器件。而且，从受光部等接收器件向电路装置10的信号端子psp输入作为停止脉冲的信号stp，进行时间数字转换。

在该情况下，在从电路装置10的信号sta的输出时刻到驱动电路的开始脉冲的输出时刻之间具有由于信号延迟引起的时间差，该时间差成为时间数字转换值的偏移。为了去除这样的偏移，例如，使驱动电路输出的开始脉冲(或者处理装置的开始指示信号)返回到电路装置10侧，将该开始脉冲(开始指示信号)作为信号sta’输入到图10的信号端子psa即可。这时，可以将信号端子psa作为输入输出兼用端子，从信号端子psa输出信号sta，并且将来自驱动电路的信号sta’输入到信号端子psa。或者，也可以与信号端子psa单独地设置信号sta的输出用的端子。而且，处理电路20通过在图12、图13中所说明的方法，求出从自主产生的信号sta的转变时刻到从外部驱动电路(处理装置)输入的信号sta’的转变时刻为止的时间差tdsta。此外，求出从信号sta的转变时刻到信号stp的转变时刻为止的时间差tdstp。例如，时间差tdsta由第1时间数字转换部求出，时间差tdstp由第2时间数字转换部求出。而且，根据这些时间差的差分值(tdstp-tdsta)求出最终的时间数字转换值(dq)即可。这样，能够去除由于上述信号延迟的时间差引起的偏移，能够实现更加适当的时间数字转换。另外，无需始终求出时间差tdsta，例如，也可以仅在电源接通时等初始设定时求出。

此外，时间数字转换电路tdc1～tdc4可以是不自主产生信号sta的无源型电路。在图14、图15中，作为本实施方式的第1、第2变形例，示出无源型的时间数字转换电路tdc1的结构例。另外，也能够同样构成时间数字转换电路tdc2～tdc4。在tdc2～tdc4中，将图14、图15的信号sta1置换为sta2～sta4、信号stp1置换为stp2～stp4即可。

图14的时间数字转换电路tdc1包含调整电路320、dll电路310(dll：delaylockedloop)、选择器312、相位比较电路330。dll电路310包含多个延迟元件de1～den。在第1模式中，选择器312选择时钟信号ck1，将ck1作为信号slq输入到dll电路310。而且，调整电路320根据来自延迟元件de1～den的延迟时钟信号dlck1～dlckn和时钟信号ck2，调整成各延迟元件中的延迟量为δt＝|1/f1-1/f2|。de1～den的各延迟元件具有缓冲电路、与缓冲电路的输出节点连接的可变电容式电容器、或者向缓冲电路供给电流的可变电流源。而且，调整电路320通过使用sct1～sctn的各控制信号来调整可变电容式电容器的电容值或者可变电流源的电流值，调整成各延迟元件中的延迟量为δt＝|1/f1-1/f2|。在第2模式中，选择器312选择信号sta，将sta作为信号slq输入到dll电路310。而且，相位比较电路330的相位比较器lt1～ltn对来自dll电路310的延迟时钟信号dlck1～dlckn的相位与信号stp的相位进行比较。而且，在信号stp的转变时刻处于延迟时钟信号dlcki-1与dlcki之间的情况下，相位比较器lti的输出信号lqi为有效。由此，能够确定为信号sta1与stp1的转变时刻的时间差tdf1例如为i×δt，能够进行分辨率δt＝|1/f1-1/f2|的时间数字转换。

图15是2d游标型的例子，时间数字转换电路tdc1包含dll电路340、350、选择器342、352、比较器阵列部360。与图14同样，dll电路340包含多个延迟元件，来自多个延迟元件的延迟时钟信号dka1～dkan输出至比较器阵列部360。dll电路350也包含多个延迟元件，来自多个延迟元件的延迟时钟信号dkb1～dkbm输出至比较器阵列部360。而且，dll电路340、350根据多个延迟元件中的至少1个延迟元件的输出，对延迟元件的延迟时间(延迟量)进行反馈控制，将延迟元件的延迟时间锁定为期望的延迟时间。比较器阵列部360具有n列m行的相位比较器lt11～ltnm，根据这些相位比较器lt11～ltnm中的相位比较结果即数字信号dlq11～dlqnm，求出对应于信号sta与stp的时间差的数字值。

在第1模式中，选择器342、352分别选择时钟信号ck1、ck2，将ck1作为信号slq1输入到dll电路340，将ck2作为信号slq2输入到dll电路350。而且，dll电路340以使多个延迟元件整体的延迟时间为时钟信号ck1的1个周期的时间tck1的方式，锁定各延迟元件的延迟时间。dll电路350以使整体的延迟时间为时钟信号ck2的1个周期的时间tck2的方式，锁定各延迟元件的延迟时间。时钟信号ck1、ck2的时钟频率设定为f1<f2(tck1>tck2)，dll电路340、350的延迟元件的级数n、m为n＝m＝k，是相同的。因此，dll电路340的延迟元件的延迟时间dla＝tck1/k比dll电路350的延迟元件的延迟时间dlb＝tck2/k长。而且，在第2模式中，利用选择器342、352，将信号sta1输入到dll电路340，将信号stp1输入到dll电路350。信号sta1的转变时刻比信号stp1的转变时刻早，但dll电路340中的延迟元件的延迟时间dla比dll电路350中的延迟时间dlb长。因此，利用公知的方法，根据来自比较器阵列部360的数字信号dlq11～dlqnm，确定信号sta1的转变时刻超过信号stp1的转变时刻的时间，由此，求出对应于信号sta1与stp1的时间差的数字值。

在图14、图15的时间数字转换电路tdc1中，使用时钟信号ck1、ck2进行时间数字转换，该时钟信号ck1、ck2是使用振荡元件xtal1、xtal2而生成的。因此，与仅使用半导体元件的延迟时间的现有方法相比，可实现时间数字转换的高性能化。特别是，通过利用pll电路等同步化电路使时钟信号ck1、ck2进行相位同步，具有可实现时间数字转换的进一步高性能化、处理的简化的优点。

7.电子设备、移动体

图16示出包含本实施方式的电路装置的电子设备的结构例。电子设备500包含物理量测量装置400、处理部520。物理量测量装置400包含电路装置10、振荡元件xtal1～xtal3。此外，电子设备500可以包含通信部510、操作部530、显示部540、存储部550、天线ant。作为电子设备500，例如能够假设对距离、时间、流速或流量等物理量进行计测的计测设备、测量生物体信息的生物体信息测量设备(超声波测量装置、脉搏计等)、车载设备(自动驾驶用的设备等)、基站或路由器等网络关联设备。还可以假设头部佩戴型显示装置、钟表关联设备等可佩戴设备、机器人、打印装置、投影装置、便携信息终端(智能手机等)、发布内容的内容提供设备、或者数字照相机或摄像机等影像设备等。

通信部510(无线电路)进行经由天线ant而从外部接收数据、或向外部发送数据的处理。处理部520(处理电路)进行电子设备500的控制处理、经由通信部510收发的数据的各种数字处理等。处理部520的功能例如可通过微型计算机等处理器实现。操作部530用于供用户进行输入操作，可通过操作按钮、触摸面板显示器等实现。显示部540用于显示各种信息，可通过液晶、有机el等显示器实现。存储部550用于存储数据，其功能可通过ram、rom等半导体存储器、hdd(硬盘驱动器)等实现。

图17示出包含本实施方式的电路装置(物理量测量装置)的移动体的例子。本实施方式的电路装置10可以组装至例如车辆、飞机、摩托车、自行车、机器人或者船舶等各种移动体。移动体例如是具有发动机、马达等驱动机构、方向盘或舵等转向机构以及各种电子设备(车载设备)并在地上、天空、海上移动的设备/装置。图17概要地示出作为移动体的具体例的汽车206。汽车206中组装了具有本实施方式的电路装置10和振荡元件的物理量测量装置(未图示)。控制装置208根据由该物理量测量装置测量出的物理量信息，进行各种控制处理。例如，在测量了汽车206周围的物体的距离信息作为物理量信息的情况下，控制装置208使用测量出的距离信息进行用于自动驾驶的各种控制处理。控制装置208例如根据车体207的姿势，控制悬挂的软硬，或控制各个车轮209的制动。另外，组装有本实施方式的电路装置10的设备不限于这样的控制装置208，能够组装至设于汽车206或机器人等移动体中的各种设备。

另外，如上所述，对本实施方式详细进行了说明，但是，本领域技术人员能够容易理解，可以实施不实质上脱离本发明的新事项和效果的多个变形。因此，这种变形例全部包含在本发明的范围内。例如，在说明书或附图中，对于至少一次地与更广义或同义的不同用语一起记载的用语，在说明书或附图的任何位置处，都可以将其置换为该不同的用语。此外，本实施方式和变形例的所有组合也包含于本发明的范围内。此外，电路装置、物理量测量装置、电子设备、移动体的结构或动作等也不限于本实施方式中说明的内容，可实施各种变形。