[發明專利]一種基于數字調制校正的逐次逼近模數轉換器

有效

• 申請號: 201810917411.5
• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109120263B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 陳凱讓;王友華;劉建偉;張正平;付東兵;王健安;陳光炳
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十四研究所
• 主分類號: H03M1/06
• 分類號: H03M1/06;H03M1/10;H03M1/38
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

本發明公開了一種基于數字調制校正的逐次逼近模數轉換器，包括：一個一進制數模轉換單元、一個數字調制校正單元、一個溫度計譯碼單元、一個逐次逼近邏輯單元和一個比較器單元。本發明解決了SAR ADC結構中DAC單元間失配的問題，在不增大DAC單位電容的情況下，基于數字調制校正，對一進制DAC輸入碼字進行一階調制，可有效的降低失配產生的諧波，使諧波轉換為噪聲被移到高頻處，使其可應用于高精度SAR轉換器的設計中。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種基于數字調制校正的逐次逼近模數轉換器。

背景技術

鑒于SAR ADC超低功耗的特性，其被廣泛應用在物聯網傳感器芯片中。然而，為使轉換器維持N位的精度，其DAC的失配誤差必須小于1個LSB(最低有效位)，這就要求DAC的單位電容足夠大。通常DAC中的單位電容值與轉換器位數(N)成指數倍關系，N越大單位電容也越大，則功耗也會劇增，這與SAR ADC(逐次逼近寄存器型(SAR)模數轉換器(ADC))的低功耗特性相悖，因此，傳統SAR ADC結構并不適用于高精度的設計。為保持其低功耗特性，在滿足熱噪聲條件下，DAC(數模轉換器)的單位電容值必須足夠小，但是由于制造工藝、工藝角等的限制，DAC不同單元間會產生失配，電容越小，這種失配現象越嚴重，進而在帶內衍生出更多的諧波，降低轉換器的有效精度。為解決DAC失配問題，通常會對DAC的不同單元進行隨機化選擇，進而把由失配產生的誤差轉換成噪聲，但這種方式提高了整個帶寬內的噪底，并沒有真正改善轉換器的精度。

中國專利CN102045067A提出了一種提高逐次逼近ADC輸出信噪比的轉換和校準算法及ADC，在傳統二進制權重DAC電容陣列的最后一個接固定電位的LSB單位電容作為附加周期的DAC電容，同時，在原有SAR ADC比較周期完成之后再增加一次比較操作，并根據此次比較結果對原ADC量化結果輸出進行校準，雖然該校準方法簡單，硬件實現代價小，但該方法在實施過程中的校準效果并不顯著，特別是在比較器等效輸入噪聲較小時，該校準方法對SAR ADC的SINAD沒有明顯的改善。

進一步的，中國專利CN10743944A提出了一種帶片內數字自校準的電容型逐次逼近模數轉換器及其自校準方法，該方法利用更高精度的sigma-delta ADC對SAR ADC的每一位權重進行校準，該方法能夠有效的實現對SAR ADC電容權重的有效校準，但該方法需要通過每個SAR ADC的權重經過幾千次左右的迭代收斂到實際值，運算復雜度較高，該方法還需要進一步的改進。

本發明通過采用數字調制(Shuffling)方法，數字調制方法應用在連續時間sigma-delta調制器中，能夠用于改善調制器中DAC內部的失配問題，該方法可有效的把諧波轉換為噪聲并移出帶外，因此可有效改善帶內的噪聲，本發明將校正方法應用在高精度SAR ADC的設計中，能夠有效的降低DAC間失配所產生的誤差，從而降低失配所產生的諧波。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于數字調制校正的逐次逼近模數轉換器，一種基于數字調制校正的逐次逼近模數轉換器，所述模數轉換器包括比較器單元、逐次逼近邏輯單元、溫度計譯碼單元、數字調制校正單元以及一進制數模轉換單元；

進一步的，所述比較器單元的輸入端分別連接參考電壓信號和一進制數模轉換單元輸出端輸出的模擬輸出信號，所述比較器單元的輸出端連接逐次逼近邏輯單元的輸入端，所述逐次逼近邏輯單元的輸出端連接數字調制校正單元的輸入端，數字調制校正單元的輸出端連接一進制數模轉換單元的輸入端；