模拟信号经过采样、量化、编码转换成数字信号,其中量化是最关键的步骤。随着CMOS工艺的发展,采用数字电路量化处理模拟信号,是实现集成大规模混合信号系统的一种途径,也是目前学术界和工业界共同的研究热点。量化模拟信号就要获取信号幅值和对应的时间信息。在当今工艺中,电路对信号的时间分辨率优于电压分辨率。基于这种特性,可以先将信号的幅值转换成相应的时间间隔,然后对时间间隔进行精确量化。这种方法可以实现用数字电路量化处理模拟信号。时间数字转换器（Time-to-Digital Converter,TDC）具有高精度的时间量化特性。本文研究基于TDC的全数字量化方法,包括幅值量化和时间量化两部分。本文基于标准CMOS工艺设计针对模拟信号的幅值采样和时间测量的全数字电路。通过本文的工作,可以为模拟信号的数字量化奠定基础。幅值量化中比较器是产生数字脉冲以供TDC测量的关键电路。本文采用TSMC＿0.18μm工艺设计了数字化的离散阈值比较器,该比较器的阈值电压通过7位数字码控制,具有结构简单、面积小、功耗低等优点。所设计的比较器成功流片,测试结果表明比较器的阈值电压在261～1479 m V的调节范围内分辨率可达到1 m V,传输延时低于1ns。时间量化采用全数字TDC实现,用以测量脉冲宽度。为了实现宽动态范围测量,全数字TDC采用时间插值原理将量化区间分为粗量化区间和细量化区间。粗量化区间使用计数器型TDC来量化以获得宽的动态范围。细量化区间使用延时链TDC来量化以获得高时间分辨率。本文设计的全数字TDC同样TSMC＿0.18μm工艺成功流片,测试结果显示TDC芯片的测量精度优于300 ps,动态范围约为2.56μs。