随着汽车行业的不断增长,辅助人们做出应急决策的无人驾驶技术研发速度也在加快,激光雷达测距避障系统已经成为了其不可或缺的部分,测距系统中时间-数字转换器(TDC)模块,通过计算激光脉冲发射与折回信号间隔时间差来得到探测距离,精准的时钟脉冲信号可以为TDC模块提供较高分辨率从而实现更精细的远距离探测,并且多相时钟的布局,抖动偏差,功耗都会对多通道的高精度TDC起到至关重要的影响。通过分析总结国内外应用到TDC的时钟电路,结合本项目激光测距需求,采用4通道高精度TDC模块,实现350米最远距离,以及可以达到厘米级的测量精度,基于SMIC 0.11μm工艺,设计一种新型的PLL级联ILRO的结构,设计4路多相时钟,本文主要内容包括:1、简要介绍了激光雷达测距系统以及多相时钟电路国内外发展,结合本项目提出新型的结构;2、分析锁相环的基本理论,对每个模块的线性分析得出锁相环电路的线性传输函数,研究三阶电荷泵锁相环的噪声模型,分析各噪声源的传输特性,对本文设计的锁相环参数通过MATLAB程序验证其稳定性问题,并在Simulink中进行建模仿真,分析其锁定时间等。3、对多相位时钟电路展开,分析每个模块的结构,设计有效避免或消除非理想因素的电路模块,设计具有宽范围调节的基于延迟单元型电流饥饿型环形振荡器,分析注入锁定原理,采用共用振荡器延迟单元的注入锁定振荡器(ILRO),基于600MHz的锁相环PLL电路,将4个ILRO锁定到PLL的时钟从而输出4路16相位时钟信号,结合TDC模块进行仿真,满足应用需求。4、对设计电路完成版图布局与后仿真分析,对比前后仿真差异,使后仿真满足设计要求。本文设计的多相位时钟信号实现时间间隔为104ps的4路16相位信号输出,实现每个TDC模块独享一路多相时钟信号,并且ILRO通过共用的PLL中振荡器延迟单元以及复制偏置电流的方法降低了PVT的影响,VCO相位噪声在1MHz频偏处为-102dBc/Hz,锁相环锁定时间小于1μs,锁相环功耗为6mA@1.2V,整体多相时钟电路的输出相邻时钟间隔最大偏差小于1%,总功耗约为42mA@1.2V。本文创新点包括:1、ILRO采用共用锁相环中8级环振结构实现16相位的输出,时间间隔达到104ps,使得测量精度实现厘米级。2、通过注入锁定的原理,将PLL的输出信号注入到4个ILRO模块,实现了4路16相位时钟输出信号,使得4通道的TDC模块每通道独享一路时钟信号,整体时钟在满足设计要求时实现更低功耗。