[發(fā)明專利]用于具有電荷再分配數(shù)模轉(zhuǎn)換器的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入不相關(guān)自校準(zhǔn)方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210365828.8
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN103036564A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳瓊;凱文·馬胡提
• 申請（專利權(quán)）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 蔡純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于具有電荷再分配數(shù)模轉(zhuǎn)換器的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器(successive?approximation?analog-to-digital?converter)的輸入不相關(guān)自校準(zhǔn)方法和裝置。?

背景技術(shù)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字表示，用于存儲、傳輸和進(jìn)一步的數(shù)字信號處理(DSP)的裝置。逐次逼近(SAR)ADC廣泛地應(yīng)用在傳感器網(wǎng)絡(luò)、可移植生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、測量應(yīng)用、采集板、數(shù)字示波器和微控制器中，因此SAR?ADC提供低的功耗、中速、中等至高分辨率、最少有源模擬電路、小的管芯尺寸、低的等待時間和高的可復(fù)用性。?

圖1示出SAR?ADC?100的典型結(jié)構(gòu)，SAR?ADC?100具有比較器110、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)120和內(nèi)置對分搜索算法(binary?search?algorithm)的數(shù)字邏輯130。電容器陣列或電阻器陣列(未示出)通常可以用來實(shí)現(xiàn)DAC?120。在標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)中，采用電容器陣列是更典型的，因?yàn)閷τ诮o定面積，電容器的特征是比電阻器更小的失配誤差、更快的穩(wěn)定時間快和更少的電流消耗，允許更高的分辨率、更快的速度和更低功率。?

實(shí)驗(yàn)表明，現(xiàn)代CMOS工藝通常提供高達(dá)10位的分辨率，其等同于0.1％電容比失配。為了實(shí)現(xiàn)高于10位的分辨率，其它方法，如激光微調(diào)、模擬校準(zhǔn)和數(shù)字自校準(zhǔn)通常用來增加產(chǎn)率。?

基于激光微調(diào)的生產(chǎn)在晶片組通過調(diào)整容器陣列中的電容器值進(jìn)行，并且通常在制造工藝方面和管芯尺寸方面是昂貴的。由于封裝期間的機(jī)械應(yīng)力和激光微調(diào)元件的長期漂移，調(diào)整程序的改進(jìn)通常受到限制，并且是環(huán)境相關(guān)的。?

不同于晶片級調(diào)整，模擬校準(zhǔn)是在封裝組裝之后進(jìn)行的，因此通常不出現(xiàn)封裝退化。在校準(zhǔn)過程期間，具有高于正校準(zhǔn)的ADC?100的分辨率的線性度的外部模擬信號源被提供至ADC?100的輸入，并且模擬信號的數(shù)字表示被讀出并與理想編碼進(jìn)行比較。如果實(shí)際數(shù)字輸出不同于理想值，則電容器DAC?120中的電容器被調(diào)整以滿足要求；隨后提供另一個模擬輸入。這種程序通常被重復(fù)，直到超過過程匹配范圍的對最高有效位(MSB)起作用的所有電容器都被恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整。類似于激光微調(diào)，模擬校準(zhǔn)過程僅在制造商處進(jìn)行一次，并且因此，ADC精度可能也隨著溫度變化和老化而降低。對具有更高的線性度的外部模擬信號源以及為誤差檢測和修正程序花費(fèi)的時間的需求通常增加生產(chǎn)測試成本。?

為了避免與激光微調(diào)和模擬校準(zhǔn)二者相關(guān)的問題，可以針對電荷再分配DAC采用數(shù)種自校準(zhǔn)技術(shù)。?

一種自校準(zhǔn)技術(shù)在1983年被公開為圖2中示出的美國專利4，399，426，其中校準(zhǔn)電容器陣列215、存儲器220和用來執(zhí)行校準(zhǔn)算法的附加校準(zhǔn)邏輯240，245集成在具有二進(jìn)制加權(quán)電荷再分配DAC的SAR?ADC?200中。校準(zhǔn)電容器陣列215在作為比較器230的負(fù)輸入口231的模擬求和節(jié)點(diǎn)處連接功能電容器陣列210。比較器230的正輸入通常連接至虛設(shè)電容器陣列140(如圖1所示)，以提供對稱匹配，從而最小化源自預(yù)設(shè)開關(guān)溝道電荷注入效應(yīng)和時鐘饋通效應(yīng)的共模誤差。功能電容器陣列210中的失配的數(shù)字表示在誤差檢測過程期間產(chǎn)生。該數(shù)字表示存儲在存儲器220中，由SAR中的數(shù)字編碼尋址，并饋送至校準(zhǔn)邏輯240，以在校準(zhǔn)電容器陣列215的輸出端處產(chǎn)生失配補(bǔ)償電壓。校準(zhǔn)電容器陣列215的引入通常改善DAC的線性度，同時它增加了管芯尺寸，降低了信號增益，并增加了比較器230的負(fù)輸入處的信號穩(wěn)定時間。功能電容器陣列210和校準(zhǔn)電容器陣列215之間的同步操作迫使誤差修正信號的極性與由功能電容器陣列210提供的功能信號相同，并限制了涵蓋的失配誤差。只有實(shí)際電容器值小于理想值時，才會修正失配。因此，專利‘426中存在的自校準(zhǔn)技術(shù)的驗(yàn)證通常依賴于過程梯度和布局平面圖。?