[發明專利]一種pipelined SAR ADC電容失配和增益誤差的數字后臺校準方法

有效

• 申請號: 202010165223.9
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111654285B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 吳建輝;張力振;孫志偉;魏曉彤;李紅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公開了一種pipelined SAR ADC電容失配和增益誤差的數字后臺校準方法，屬于高精度模數轉換器技術領域，首先，用數字檢測器檢測第一級的轉換結果。然后，根據檢測結果和偽隨機數對第一級開關陣列進行切換從而實現隨機注入。為了不增加放大器的輸出擺幅以及避免第二級SAR ADC的飽和，只將電容的失配值注入到第一級余量電壓，而不是注入單個電容值，從而能夠有效減小注入的幅度。通過在后臺執行該校準，可以獲得實際的電容失配大小和級間增益值。仿真結果表明，經校正后，信噪失真比由42.4dB提高到59.3dB，無雜散動態范圍由50.6dB提高到79.1dB。

技術領域

本發明屬于高精度模數轉換器技術領域，涉及一種全新的數字后臺校準算法，尤其一種pipelined SAR ADC電容失配和增益誤差的數字后臺校準方法。

背景技術

由于逐次逼近寄存器型模數轉換器(Successive Approximation RegisterAnalogue to Digital Converter，以下簡稱SAR ADC)固有的串行操作，在10bit或更高分辨率的應用中，其轉換速度通常被限制在大約100M/s。一種用來克服速度瓶頸的方法是將流水線模數轉換器(Pipelined Analogue to Digital Converter，以下簡稱PipelinedADC)的工作機制引入到SAR ADC的轉換中。但是，在流水線Pipelined SAR ADC中，電容失配和級間增益誤差是影響其動態性能的重要因素。為了緩解上述問題并獲得12位以上的高分辨率，通常需要增加一些動態線性化技術。

數據加權平均是一種用于修正過采樣SARADC中電容失配的常用技術，這種技術在2016年IEEE ISSCC會議上，文獻[Shu,Y.-S.,Kuo,L.-T.,and Lo,T.-Y.:‘An oversamplingSAR ADC withDAC mismatch error shaping achieving 105dB SFDR and 101 dB SNDRover 1kHz BW in 55nm CMOS’.IEEE Int.Solid-State Circuits Conf.,San Francisco,CA,2016,pp.458–460]以及2017年IEEE ISSCC會議上，文獻[C.Liu andM. Huang.:‘A0.46mW 5MHz-BW 79.7dB-SNDR noise shaping SAR ADC with dynamic-amplifier-basedFIR-IIR filter’,International Solid-State Circuits Conference,San Francisco,CA,2017,pp.466-467]中都有使用。但是，數據加權平均邏輯會在SARADC 的轉換環路中引入額外的延時，同時也會增加電路的復雜度。

失配誤差整形技術也可以降低電容失配對系統帶來的影響，這種技術首次出現在2016年IEEE ISSCC會議上，文獻[Shu,Y.-S.,Kuo,L.-T.,andLo,T.-Y.:‘An oversamplingSAR ADC with DAC mismatch error shaping achieving 105dB SFDR and 101dB SNDRover 1kHz BW in 55nm CMOS’.IEEE Int.Solid-State Circuits Conf.,San Francisco,CA, 2016,pp.458–460]，可以對電容失配提供一階整形。隨后文獻[J.Liu,G.Wen andN.Sun.: ‘Second-order DAC MES for SAR ADCs’,Electronics Letters,2017,53,(24),pp.1570-1572] 在此基礎上進行改進，提出的電容失配的二階整形，在電容失配較大的時候也能提供很好的整形效果。不過這種技術也有自身的缺點，在失配誤差整形技術中，需要將上一個周期量化的數字碼反饋到下一個周期中，這種類似抖動信號的引入會占據部分輸入信號范圍，進而減小系統的動態范圍。