[發明專利]一種循環模數轉換器及數字校準方法

有效

• 申請號: 201310061678.6
• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN103124177A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 姚素英;姜兆瑞;高靜;史再峰;徐江濤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種模數轉換器。特別是涉及一種具有校準信號輸入的循環模數轉換器及數字校準方法。

背景技術

隨著科技發展，數字信號處理技術越來越成熟，我們現在可以使用數字信號處理器來完成對各類信息的處理操作。但是，在真實的世界中的信號都是模擬量，在通過數字形式對模擬信號進行處理之前，我們首先要把模擬信號轉換為數字信號，因此模數轉換器成為數?；旌舷到y的重要組成部分。循環結構模數轉換器在速度、面積和功耗等折中性能方面具有優勢，應用廣泛。循環模數轉換器（ADC）系統結構如圖1所示，循環ADC包含子ADC、子DAC、放大器、減法器和編碼電路，模擬輸入信號Vin輸入到子ADC中進行量化產生數字輸出，同時將該數字輸出輸入到子DAC中進行數模轉換，輸出模擬量，將此模擬量與Vin信號在減法器中做減法運算，經過放大器放大后得到輸出電壓Vout，Vout作為下一個循環的輸入進行量化。每次循環的數字輸出進入到編碼電路，最終將ADC的輸入信號轉換為二進制輸出。其中，子DAC、減法器和放大器共同組成了MDAC。

循環ADC的轉換精度受到電路中各種誤差的限制。誤差源主要包括：噪聲、時鐘抖動、電容失配、有限運放增益、比較器失調、電荷注入、運放非線性等。如圖2a～圖2d所示，對于每級1bit的循環ADC，電容失配、有限運放增益、電荷注入、比較器失調等因素可能會使得循環ADC中任一級的輸入信號超出下一級的標準量化范圍，超出量化范圍的模擬電壓會被量化成同一比特向量，產生丟碼現象。對于這些非理想因素，傳統的校準算法通常需要改變ADC的模擬電路部分結構，這不僅僅在某些方面限制了ADC的應用，而且增加了ADC設計的復雜難度，特別是伴隨著CMOS工藝向更低電源電壓、更小特征尺寸的發展。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可以有效減小循環環模數轉換器常見的電容失配引起誤差的循環模數轉換器及數字校準方法。

本發明所采用的技術方案是：一種循環模數轉換器及數字校準方法，循環模數轉換器，包括：有模數轉換器，所述的模數轉換器的輸入端通過一個采樣保持電路連接輸入信號Vsig，所述的模數轉換器的輸入端還通過開關信號連接校準信號Vcal。

所述的模數轉換器的轉換頻率為fc，所述的采樣保持電路的采樣頻率為fs，其中，fc＝2fs。

所述的模數轉換器的級間增益G<2。

數字校準方法，包括如下步驟：

1）設定循環模數轉換器的級間增益G<2；

2）設定N級循環模數轉換器的最后一級即N級的傳輸函數是理想的傳輸函數；

3）對第N－1級進行校準誤差提??；

4）對第N－2級進行校準誤差提取；

5）對N－3級以及N－3級之后的各級的校準誤差提??；

6）得到全部校準誤差S0_N-1、S1_N-1、S0_N-2、S1_N-2、…、S0₁、S1₁，并存儲，用于對之后的量化進行校準，將所存校準誤差用于校準正常量化的數字碼采用如下公式：

Y=X-Σk=1N-1Dk(S1k-S0k)]]>

其中Y為加入校準算法后的數字輸出，X為無校準算法的數字輸出。

步驟3）所述的對第N－1級進行校準誤差提取，包括有如下步驟：

（1）對該級輸入校準信號；

（2）將N－1之前的各級數字輸出碼強制為0；

（3）對N－1級的數字輸出強制為1，得到第N－1級的第一個校準誤差S1_N-1；