[發(fā)明專利]一種適用于兩步式單斜模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010793617.9
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111953347B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李靖;張啟輝;寧寧;于奇;張中;孟昊
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

1.一種適用于兩步式單斜模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校正方法，兩步式單斜模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為包括M位粗斜坡發(fā)生器和N位冗余細(xì)斜坡發(fā)生器的T位斜坡式發(fā)生器，N＝T-M+K，K為冗余位數(shù)，其特征在于：

所述M位粗斜坡發(fā)生器包括兩個(gè)鉗位運(yùn)算放大器，一個(gè)PMOS電流源、一個(gè)NMOS電流阱、M位電阻串陣列、開關(guān)選擇陣列、輸出緩沖器以及參考電壓緩沖器，0MT；電阻串一共由2^M+2個(gè)電阻串聯(lián)而成，起始電阻和終端電阻構(gòu)成冗余匹配電阻；鉗位運(yùn)算放大器包括上端鉗位運(yùn)放和下端鉗位運(yùn)放，其負(fù)輸入端分別連接著高參考電壓和低參考電壓，輸出端分別連接著電流源與電流阱的柵端；電流源與電流阱的源端分別連接著電源和地，上端鉗位運(yùn)放的正輸入端連接著第2^M+1個(gè)電阻的上端，下端鉗位運(yùn)放的正輸入端連接著第1個(gè)電阻的上端；第2^M+2個(gè)電阻的上端節(jié)點(diǎn)和第1個(gè)電阻的下端節(jié)點(diǎn)分別連接著電流源與電流阱的漏端；第一個(gè)電阻的上端節(jié)點(diǎn)電壓為V_C0，第二個(gè)電阻的上端節(jié)點(diǎn)電壓為V_C1，以此類推，第2^M+1個(gè)電阻的上端節(jié)點(diǎn)電壓為V_C2^M；

輸出緩沖器和參考電壓緩沖器構(gòu)成單位增益負(fù)反饋；節(jié)點(diǎn)電壓V_C0～V_C2^M通過開關(guān)陣列連接至輸出緩沖器的正輸入端，V_RCi是當(dāng)開關(guān)陣列第i個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓V_Ci連接至輸出緩沖器時(shí)的粗斜坡輸出電壓；參考電壓緩沖器的正輸入對管以二進(jìn)制方式排布，其柵端電壓根據(jù)數(shù)字碼值和控制開關(guān)分別連接至V_C2^M-1+2和V_C2^M-1-2；

所述N位冗余細(xì)斜坡發(fā)生器，冗余位數(shù)為K位包括兩個(gè)鉗位運(yùn)算放大器，一個(gè)PMOS電流源、一個(gè)NMOS電流阱、N位電阻串陣列、開關(guān)選擇陣列和輸出緩沖器，K0；電阻串一共由2^N+K+2個(gè)電阻串聯(lián)而成，起始電阻和終端電阻依然構(gòu)成冗余匹配電阻；上下鉗位運(yùn)算的負(fù)輸入對管都以二進(jìn)制方式排布，根據(jù)數(shù)字碼值和控制開關(guān)，上端鉗位運(yùn)放的負(fù)輸入對管分別連接至V_C2^M-1+2和V_C2^M-1而下端鉗位運(yùn)放的分別連接至V_C2^M-1和V_C2^M-1-2；上下鉗位運(yùn)放的輸出端分別連接著電流源與電流阱的柵端，電流源與電流阱的源端分別連接著電源和地，上端鉗位運(yùn)放的正輸入端連接著第2^N+K+1個(gè)電阻的上端，下端鉗位運(yùn)放的正輸入端連接著第1個(gè)電阻的上端；第2^N+K+2個(gè)電阻的上端節(jié)點(diǎn)和第1個(gè)電阻的下端節(jié)點(diǎn)分別連接著電流源與電流阱的漏端；第一個(gè)電阻的上端節(jié)點(diǎn)電壓為V_F0，第二個(gè)電阻的上端節(jié)點(diǎn)電壓為V_F1，以此類推，第2^N+K+1個(gè)電阻的上端節(jié)點(diǎn)電壓為V_F2^N+K；

輸出緩沖器和參考電壓緩沖器構(gòu)成單位增益負(fù)反饋；節(jié)點(diǎn)電壓V_F0～V_F2^N+K通過開關(guān)陣列連接至輸出緩沖器的正輸入端，V_RFi是當(dāng)開關(guān)陣列第i個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓V_Fi連接至輸出緩沖器時(shí)的細(xì)斜坡輸出電壓；

粗校正是對細(xì)斜坡發(fā)生器鉗位運(yùn)放失調(diào)校正以及對細(xì)斜坡輸出緩沖器與粗斜坡參考電壓緩沖器的失調(diào)校正；

所述細(xì)斜坡發(fā)生器鉗位運(yùn)放失調(diào)校正包括如下步驟：

1.1初始化；將上下端鉗位運(yùn)放輸入對管的L位數(shù)字碼值D_CAL1和D_CAL2分別復(fù)位到全1和全0，同時(shí)校正計(jì)數(shù)器Counter初始化為0，L0；

1.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器失調(diào)量化；開關(guān)S_S，S_R，S_F導(dǎo)通，S_C，S_H，S_A斷開；電容C_H下極板連接至細(xì)斜坡臺階電壓V_RFHH＝2^-1+2^-1-k并將粗斜坡臺階電壓V_RC1采樣到電容C_S上；隨即，依次斷開S_R，S_S并打開S_C，將V_RC1加載到節(jié)點(diǎn)P₂上；然后斷開S_S，細(xì)斜坡電壓從V_RF1逐步上漲到V_RF2^N，當(dāng)比較器輸出電壓從0跳變到1時(shí)，實(shí)現(xiàn)對ADC整體失調(diào)的量化，數(shù)字碼值為D_F1；

1.3粗斜坡臺階電壓量化；開關(guān)順序與步驟1.2相同，區(qū)別在于初始采樣信號為V_RC0而非V_RC1；細(xì)量化結(jié)束后，其數(shù)字碼值為D_F2，通過減去ADC系統(tǒng)失調(diào)，以獲得粗斜坡發(fā)生器第2個(gè)電阻所代表的電壓權(quán)重值ΔD＝D_F1－D_F2；

1.4狀態(tài)判斷；當(dāng)ΔD2^N-1-1，鉗位運(yùn)放失調(diào)校正結(jié)束；否則需要判斷當(dāng)前校正計(jì)數(shù)器Counter的奇偶性，如果Counter為奇數(shù)，需要對D_CAL1進(jìn)行減1操作；如果Counter為偶數(shù)，需要對D_CAL2進(jìn)行加1操作；然后對校正計(jì)數(shù)器加1，轉(zhuǎn)至步驟1.2；

值得注意的是，在對信號采樣之前，需要將S_R和S_A閉合，使得第一級比較器的失調(diào)電壓存儲在電容C_D上；

所述細(xì)斜坡輸出緩沖器與粗斜坡參考電壓緩沖器的失調(diào)校正包括如下步驟：

2.1初始化；將參考緩沖器輸入對管的L位數(shù)字碼值D_CAL0初始化為全0；

2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器失調(diào)量化；開關(guān)S_S，S_R，S_H導(dǎo)通，S_C，S_F，S_A斷開；電容C_H下極板連接至參考電壓V_ref并將粗斜坡臺階電壓V_RC1采樣到電容C_S上；隨即，依次斷開S_R，S_S并打開S_C，將V_RC1加載到節(jié)點(diǎn)P₂上；然后依次斷開S_H，S_S，閉合S_F，細(xì)斜坡電壓從V_RF1逐步上漲到V_RF2^N，當(dāng)比較器輸出電壓從0跳變到1時(shí)，實(shí)現(xiàn)對ADC整體失調(diào)的量化，此時(shí)數(shù)字碼值為D_F3；

2.3狀態(tài)判斷；考慮到細(xì)斜坡輸出緩沖器與粗斜坡參考電壓緩沖器的失調(diào)差異，V_ref小于細(xì)斜坡臺階電壓V_RFH；此時(shí)的數(shù)字碼值D_F3會小于D_F1，通過對D_CAL0進(jìn)行加1操作，直到D_F3D_F1，完成失調(diào)差異校正。