[發(fā)明專利]一種SAR型ADC的高精度校準裝置

有效

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• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107346975B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 李婷;郭仲杰
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10;H03M1/46
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發(fā)明公開了一種SAR型ADC的高精度校準裝置，包括比較器，比較器的負向輸入端和正向輸入端之間一次連接有高位電容陣列和低位電容陣列；高位電容陣列與高位和偏移誤差校準模塊連接，低位電容陣列與低位和橋接電容校準模塊連接；高位電容陣列和低位電容陣列通過開關陣列控制與數(shù)字控制邏輯的導通；其中開關陣列通過refp/refn方式連接；所述高位和偏移誤差校準模塊包括第一增益電容，便宜誤差校準與多個高位電容校準并聯(lián)，第一增益電容與其連接；所述低位和橋接電容校準模塊包括第二增益電容，第二增益電容余低位校準單元連接。能夠對電容的匹配性誤差、寄生電容引入的誤差以及橋接電容的精度誤差進行全方位校準，大幅度提高了ADC的整體轉換精度。

技術領域

本發(fā)明屬于ADC(模擬數(shù)字轉換器)高精度校準技術領域；具體涉及一種SAR(提升逐次逼近)型ADC的高精度校準裝置。

背景技術

ADC作為溝通模擬和數(shù)字的橋梁被廣泛應用于軍事和民用領域。SAR型ADC作為重要的ADC構型，由于其結構簡單、功耗低、面積小等優(yōu)勢在便攜設備，航天器件等領域有廣泛的應用。典型的SAR型ADC，包括：比較器，開關電容陣列，橋接電容，冗余電容，采樣保持控制開關和數(shù)字邏輯。其工作過程為，在開關時序高電位階段，ADC工作在采樣階段，開關電容陣列接輸入Vin；在開關時序低電位階段，ADC工作在轉換階段，開關電容陣列中的各電容根據(jù)比較結果接參考電壓refn或refp，冗余電容接參考電壓refn。

比較器、開關電容陣列和橋接電容，作為SAR型ADC的重要模擬部分，由于其誤差的存在限制了ADC的整體轉換精度。其中，比較器的主要誤差來源為比較器失調，可以通過輸入失調存儲技術或者輸出失調存儲技術予以基本消除。因此，電容陣列的誤差成為實現(xiàn)高精度ADC的瓶頸。

電容陣列的誤差主要包括：匹配性誤差，寄生電容引入的誤差，橋接電容的精度誤差等。首先，SAR型ADC的精確工作，取決于電容的比例關系。電容的匹配誤差引起電容的比例關系不精確，從而致使ADC的精度惡化。傳統(tǒng)的解決方案為，在采樣階段所有電容參與采樣，在轉換階段最高位電容接refp，其他位接refn。然后，將最高位接refn，其他位接refp。如果電容完全匹配，則在兩種接法下，比較器負端感應出的電壓一致，如果不一致則需要根據(jù)誤差進行補償。按照該方法，保持最高位不變，確定次高位的匹配性。之后逐次確定每一位的匹配性。該方法的缺陷為操作繁瑣，僅考慮了電容的匹配性誤差，未對其它誤差進行消除。其次，另外一種引起電容精度退化的非理想因素為寄生電容。為進行靜電防護，在電容陣列21、22、23上覆蓋頂鋁，會產生較大的寄生電容；此外，電容陣列與其周圍的金屬線也會產生寄生電容。最后，使用橋接電容可大幅度降低SAR型ADC的版圖面積。然而，橋接電容與電容陣列的單位電容相比為一分數(shù)電容，且精度要求極高，容易產生誤差，致使ADC整體精度下降。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種SAR型ADC的高精度校準裝置。能夠對電容的匹配性誤差、寄生電容引入的誤差以及橋接電容的精度誤差進行全方位校準，大幅度提高了ADC的整體轉換精度。

本發(fā)明的技術方案是：一種SAR型ADC的高精度校準裝置，包括比較器，比較器的負向輸入端和正向輸入端之間一次連接有高位電容陣列和低位電容陣列；高位電容陣列與高位和偏移誤差校準模塊連接，低位電容陣列與低位和橋接電容校準模塊連接；高位電容陣列和低位電容陣列通過開關陣列控制與數(shù)字控制邏輯的導通；其中開關陣列通過refp/refn方式連接；所述高位和偏移誤差校準模塊包括第一增益電容，便宜誤差校準與多個高位電容校準并聯(lián)，第一增益電容與其連接；所述低位和橋接電容校準模塊包括第二增益電容，第二增益電容余低位校準單元連接。

更進一步的，本發(fā)明的特點還在于：

其中高位電容校準包括與偏移誤差校準并列設置的高位C電容校準、高位2C電容校準、高位4C電容校準、高位8C電容校準和高位16C電容校準。