[發(fā)明專利]一種基于相關(guān)的SAR ADC電容失配誤差的后臺(tái)校準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010572436.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN111900983B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳建輝;張力振;馮金宣;孫志偉;李紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M1/10
• 分類號(hào): H03M1/10;H03M1/08;H03M1/38
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發(fā)明公開了一種基于相關(guān)的SAR ADC電容失配誤差的后臺(tái)校準(zhǔn)方法，利用檢測(cè)跳過算法以及對(duì)齊切換技術(shù)將偽隨機(jī)信號(hào)PN注入到余量電壓中，然后在后臺(tái)將數(shù)字信號(hào)與偽隨機(jī)信號(hào)PN進(jìn)行相關(guān)操作，電容失配誤差可以被提取出來。由于注入到余量電壓中的權(quán)重誤差相對(duì)于總的電容很小，因此由于注入所帶來的余量增量可以忽略。因此，該校準(zhǔn)算法不需要增加額外電路檢測(cè)注入的條件，同時(shí)還可以最小化冗余范圍的開銷。仿真結(jié)果表明，經(jīng)過校正后，信噪失真比由35.9dB提高到61.1dB，無雜散動(dòng)態(tài)范圍由41.2dB提高到79.3dB。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全新的數(shù)字后臺(tái)校準(zhǔn)算法，主要用于校準(zhǔn)SAR ADC中的電容失配誤差，屬于高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于具有簡(jiǎn)單的量化結(jié)構(gòu)和數(shù)字電路的高依耐性，逐次逼近寄存器型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Successive Approximation Register Analogue to Digital Converter，以下簡(jiǎn)稱SARADC)在低功耗電子應(yīng)用中展現(xiàn)了優(yōu)越的功效。SAR ADC可以采用低功耗比較器結(jié)和多數(shù)投票技術(shù)來降低比較器功耗，也可以采用subranging結(jié)構(gòu)結(jié)合檢查跳過算法來降低電容切換能量。其中，subranging結(jié)構(gòu)結(jié)合檢查跳過算法首次在2014年IEEE ISSCC會(huì)議上的文獻(xiàn)[Tai,H.,Hu,Y.,Chen,H.,and Chen,H.:‘11.2A 0.85fJ/conversion-step 10b 200kS/ssubranging SAR ADC in 40nm CMOS’.IEEE Int.Solid-State Circuits Conf.,SanFrancisco,CA,2014,pp.196-197]中提出。

由于電容失配誤差的存在，SAR ADC的線性度會(huì)受到嚴(yán)重的限制。為了提高SARADC的性能，各種電容失配誤差校準(zhǔn)技術(shù)被提出。前臺(tái)數(shù)字校準(zhǔn)是一種工業(yè)界更傾向的一種選擇，但是前臺(tái)校準(zhǔn)會(huì)打斷SAR ADC的正常工作，而且還會(huì)會(huì)受到PVT的影響。相反，數(shù)字后臺(tái)校準(zhǔn)可以在不影響SAR ADC正常工作的情況下追蹤PVT變量。文獻(xiàn)[Zhou,Y.,Xu,B.,andChiu,Y.:‘A 12bit 160MS/s two-step SAR ADC with background bit-weightcalibration using a time-domain proximity detector’,J.Solid-State Circuits,2015,50,(4),pp.920–931]提出了一種基于相關(guān)的數(shù)字后臺(tái)校準(zhǔn)，為了避免注入的偽隨機(jī)信號(hào)占據(jù)冗余范圍，這篇論文提出了一種亞穩(wěn)態(tài)檢測(cè)電路去檢測(cè)偽隨機(jī)信號(hào)的注入條件，增加了電路復(fù)雜度。此外，亞穩(wěn)態(tài)檢測(cè)電路中的參考延時(shí)線很容易受到PVT的影響，因此必須手動(dòng)控制參考延時(shí)線來保證校準(zhǔn)性能。在文獻(xiàn)[Liu,W.,Huang,P.,and Chiu,Y.:‘A 12-bit,45-MS/s,3-mW Redundant Successive-Approximation-Register Analog-to-Digital Converter With Digital Calibration’,J.Solid-State Circuits,2011,46,(11),pp.2661-2672]中，一種亞二進(jìn)制的冗余結(jié)構(gòu)被提出，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)傳遞函數(shù)的重疊，進(jìn)而能夠允許方向相反的兩次偽隨機(jī)數(shù)注入。這種基于相關(guān)的校準(zhǔn)方法優(yōu)點(diǎn)是可以很快的收斂，但是當(dāng)運(yùn)行在后臺(tái)時(shí)，該校準(zhǔn)技術(shù)需要雙倍的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全新的數(shù)字后臺(tái)校準(zhǔn)算法，用于校準(zhǔn)SAR ADC中電容失配誤差。該后臺(tái)校準(zhǔn)技術(shù)能夠有效提高SAR ADC的信噪比以及無雜散動(dòng)態(tài)范圍。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：