时间数字转换器(TDC)是一种常用的时间间隔测量电路,广泛用于飞行时间(ToF)测量,频率测量等领域.针对传统TDC分辨率与测量范围相互制约的问题,基于SMIC 55 nm CMOS工艺提出了一种兼顾分辨率与测量范围的两步式TDC结构.该TDC第1级使用环形结构进行粗量化,以扩大测量范围;第2级利用延迟锁相环(DLL)结构精确控制压控延迟单元的延迟,以产生代表分辨率的延迟差,进而实现细量化,提高了分辨率.其中,设计了一种简便的时间余量求取算法,将第1级的粗量化误差准确传递到第2级.同时特别设计了第一级延迟单元的结构,以消除传统环形TDC中多路选择器(MUX)在信号循环过程中造成的延迟失配.仿真结果表明,该TDC的分辨率为4.8 ps,测量范围达到1.26μs,微分非线性(DNL)小于0.6 LSB,积分非线性(INL)小于1.8 LSB.