[發(fā)明專利]一種能提高電阻電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性度的電容排序方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710072633.7
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106877869B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 樊華;李大剛;胡達千;岑遠軍;蘇華英
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03M1/38
• 分類號: H03M1/38
• 代理公司: 51203 電子科技大學專利中心
• 代理人: 張楊

該發(fā)明公開了一種能提高電阻電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性度的電容排序方法，屬于逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，應用于微電子學與固體電子學領域的高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該方法不需要引入任何校正算法，只需要對電容進行排序和重構。本發(fā)明提出的電容排序方法可避免電容失配在同一碼字的誤差進行累加，因此，與傳統(tǒng)依賴校正算法來提高線性度的校正方法相比，具有結(jié)構更簡單、占用芯片面積更小、更容易在片上實現(xiàn)的效果。

技術領域

本發(fā)明涉及一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，應用于微電子學與固體電子學領域的高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術

近年來，信息技術的發(fā)展帶動了便攜式醫(yī)學儀器、通信產(chǎn)業(yè)、安防安檢系統(tǒng)、高性能計算、生物醫(yī)學、數(shù)字信號處理等技術的飛速發(fā)展，導致雷達、通信、電子對抗、航天航空、測控、地震、醫(yī)療、儀器儀表等電子設備對高精度、低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的需求量與日俱增。ADC將真實世界的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，一個完整的數(shù)字信息系統(tǒng)必須包含作為模擬和數(shù)字世界接口的ADC和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其中位于輸入端的ADC的性能對設備的穩(wěn)定性、可靠性和持久性都有極大的影響。美國在高速、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器領域?qū)ξ覈鴮嵭谐隹诠苤疲裕芯烤哂凶灾髦R產(chǎn)權的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片，打破歐美發(fā)達國家對此類產(chǎn)品的禁運，在掌握高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片設計技術的同時帶動其他相關技術領域的發(fā)展，是一項迫切、重要且有意義的工作。

ADC一般分為全并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Flash ADC)、流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(PipelineADC)、過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ΣΔADC)以及逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)。品質(zhì)因數(shù)(FOM)表示 ADC每步轉(zhuǎn)換需要的能量，是衡量ADC設計水平的重要指標。

逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器有多種不同的類型，需根據(jù)系統(tǒng)需求來選擇不同的結(jié)構。高精度逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器常采用混和電阻電容結(jié)構，在混和電阻電容結(jié)構中，采用電阻和電容兩種元件，高位DAC和低位DAC分別由二進制電容陣列和電阻串構成，因此，總電容值比同等精度的二進制電容結(jié)構以及三電平二進制電容結(jié)構都小，有效減小了電容陣列的面積，面積變小，速度變快。混合電阻電容型的優(yōu)點是沒有浮空節(jié)點，線性度好，能提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)特性，因此，混合電阻電容結(jié)構常用于14位以上的高精度逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。以14位混合電阻電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器為例，如圖1所示，假設14位混合電阻電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器由高6位電容DAC和低8位電阻DAC構成，高6位電容DAC一共包含64個單位電容。

總體來說，由于受目前工藝條件限制，電容不能滿足14位的匹配精度，因此，利用校正技術來克服工藝缺陷在高精度ADC設計中必不可少。如何在片上實現(xiàn)高效的電容失配校正技術，是超高精度ADC的設計必須面臨的一個難題。

電容失配校正技術通常采用以下三種設計方案；