[發明專利]測量電容失配特性的電路結構及測量方法

有效

• 申請號: 201710068661.1
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106896283B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 張斌
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 戴廣志

1.一種測量電容失配特性的電路結構，包含第一電容陣列及第二電容陣列、第一及第二數模轉換器、比較器以及逐次逼近寄存器邏輯，還有若干開關；其特征在于：所述第一電容陣列與第二電容陣列均為多個電容并聯，第一電容陣列與第二電容陣列包含的電容數量相同，且為偶數；第二電容陣列的下極板并聯接地，上極板并聯之后接比較器的反向輸入端；第一電容陣列的上極板并聯接比較器的正向輸入端，第一電容陣列的電容，除最后一個電容之外，其余每個電容的下極板均對應接有一個單刀雙擲開關，所有單刀雙擲開關的一個端口并聯接地，另一端口并聯接一參考電壓；第一電容陣列最后一個電容接一單刀三擲開關，單刀三擲開關的前兩個端口與單刀雙擲開關的接法相同，第三個端口與第二數模轉換器相連；

所述比較器的正向輸入端與反向輸入端之間還接有第一及第二開關，兩開關的一端并聯接一共模電壓，兩開關的另一端分別與正向輸入端與反向輸入端連接；

第一數模轉換器具有四個端口：第一端口通過一失調補償電容接比較器的反向輸入端，第二端口接參考電壓，第三端口接地，第四端口接逐次逼近寄存器邏輯；

第二數模轉換器具有四個端口：第一端口接所述單刀三擲開關的第三端口，第二端口接參考電壓，第三端口接地，第四端口接逐次逼近寄存器邏輯；

所述比較器的輸出接逐次逼近寄存器邏輯，逐次逼近寄存器邏輯輸出端口輸出數字信號。

2.如權利要求1所述的測量電容失配特性的電路結構，其特征在于：所述第一數模轉換器及第二數模轉換器均為M位電阻型DAC。

3.如權利要求1所述的測量電容失配特性的電路結構，其特征在于：所述第一數模轉換器及第二數模轉換器、比較器、逐次逼近寄存器邏輯以及失調補償電容組成逐次逼近模數轉換器。

4.如權利要求3所述的測量電容失配特性的電路結構，其特征在于：所述的逐次逼近模數轉換器將電容失配信息量化為數字信號，從逐次逼近寄存器邏輯輸出端口輸出。

5.一種利用如權利要求1所述的測量電容失配特性的電路結構進行測量的測量方法，其特征在于：首先，將第一及第二開關閉合，第一電容陣列的上極板接共模電壓，下極板都接地，第二電容陣列的上極板接共模電壓，下極板都接地，第一數模轉換器輸入控制為100000，電容陣列預充電；

再將第一及第二開關打開，由逐次逼近寄存器邏輯、第一數模轉換器及失調補償電容和比較器組成的逐次逼近模數轉換器，測量比較器的輸入失調電壓，并將其量化保存為offset_reg；

將第一及第二開關閉合，第一電容陣列上極板接共模電壓，單數序號的電容的下極板接地，偶數序號的電容的下極板接參考電壓，第二電容陣列的上極板接共模電壓，下極板接地，第一數模轉換器輸入控制為100000，電容陣列預充電；

將第一及第二開關打開，第一電容陣列的單數序號電容與偶數序號電容的下極板接法互換，即與上一步相反，第一電容陣列電荷再分配，產生匹配誤差電壓V_Δ；

將第一電容陣列的最后一個電容的單刀三擲開關接入第二數模轉換器，第一數模轉換器的輸入控制為offset_reg保存的值，逐次逼近寄存器邏輯、第二數模轉換器、第一電容陣列的最后一個電容和比較器組成的逐次逼近模數轉換器，對匹配誤差電壓V_Δ進行量化，量化結果由逐次逼近寄存器邏輯輸出，V_Δ被量化為D{V_Δ}。

6.如權利要求5所述的測量電容失配特性的電路結構的測量方法，其特征在于：將每個單位電容建模成服從高斯正態分布，平均值為C_u，標準偏差為σ_u；每個單位電容和它最鄰近的單位電容之間存在有限的協方差σ²_ab，與其他的單位電容之間相互獨立，產生的匹配誤差電壓的方差為：

其中μ_x＝0，μ_y＝NC_u；

那么Var(V_Δ)可以整理為：

σ_x可由單位電容模型得到：

那么得到Var(V_Δ)為：

對于大的單位電容個數N，這種開關機制可以抑制有限最鄰近相關協方差，這樣就可以得到單位電容的失配特性系數σ_u/C_u：