[發(fā)明專利]基于亞穩(wěn)態(tài)檢測(cè)Pipelined-SAR ADC的級(jí)間增益和電容失配校準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110217164.X
• 申請(qǐng)日: 2021-02-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112994692B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭析竹;吳娜;華若谷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M1/10
• 分類號(hào): H03M1/10
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

基于亞穩(wěn)態(tài)檢測(cè)Pipelined?SAR ADC的級(jí)間增益和電容失配校準(zhǔn)方法，級(jí)間增益校準(zhǔn)從第N?1級(jí)至第一級(jí)的級(jí)間增益依次進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)第i級(jí)的級(jí)間增益方式為：從Pipelined?SAR ADC量化產(chǎn)生的輸出數(shù)字碼字和亞穩(wěn)態(tài)標(biāo)志碼字中選取F_i[1]＝1時(shí)的數(shù)據(jù)并計(jì)算第i級(jí)理想殘差電壓，然后合成第i+1級(jí)SAR ADC子級(jí)的余量輸入電壓后除以第i級(jí)理想殘差電壓的絕對(duì)值，就得到實(shí)際第i級(jí)的級(jí)間增益；進(jìn)行電容失配校準(zhǔn)時(shí)每一級(jí)SAR ADC子級(jí)按照從最低位到最高位數(shù)字量化位的順序進(jìn)行，首先獲取每一級(jí)SAR ADC子級(jí)每位數(shù)字量化位對(duì)應(yīng)的實(shí)際殘差電壓和理想殘差電壓，然后進(jìn)行計(jì)算得到每一級(jí)SAR ADC子級(jí)每位數(shù)字量化位由于電容失配帶來(lái)的誤差碼字。本發(fā)明的原理簡(jiǎn)單、電路易實(shí)現(xiàn)，能夠提升ADC的整體性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及Pipelined-SAR ADC(流水線逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器)中比較器亞穩(wěn)態(tài)檢測(cè)的數(shù)字后臺(tái)校準(zhǔn)方法，包括級(jí)間增益誤差的校準(zhǔn)和電容失配誤差的校準(zhǔn)。

背景技術(shù)

隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，用于連接模擬世界和數(shù)字世界的模數(shù)轉(zhuǎn)換器成為各類電子產(chǎn)品中必不可少的組件，而設(shè)計(jì)高速高精度以及低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器也是當(dāng)今學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界一直追尋的目標(biāo)和方向。Pipelined-SARADC(流水線逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器)既有流水線ADC的流水線形式交替工作的高速度，也具備SAR ADC的低功耗特性，同時(shí)還可以結(jié)合時(shí)間交織、每步多比特等技術(shù)進(jìn)行性能的改善，這使得其成為近年來(lái)模數(shù)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象。然而在實(shí)際的生產(chǎn)工作過(guò)程中，電路會(huì)受到工藝制造、工作環(huán)境以及Pipelined-SAR ADC本身的噪聲、失調(diào)、電容失配、運(yùn)放的有限帶寬等非理想因素的影響，Pipelined-SAR ADC整體的精度會(huì)有一定下降。為了提高其精度，在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)考慮其具體的誤差來(lái)源并引入校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)技術(shù)分為模擬域校準(zhǔn)和數(shù)字域校準(zhǔn)。模擬域校準(zhǔn)一般通過(guò)增加修調(diào)電路來(lái)消除產(chǎn)生的誤差，但其會(huì)加大電路的設(shè)計(jì)難度與復(fù)雜程度；而數(shù)字域校準(zhǔn)是通過(guò)一定方法得到量化的誤差，再在數(shù)字域?qū)敵龃a字進(jìn)行補(bǔ)償。數(shù)字域校準(zhǔn)通常包括增益校準(zhǔn)和電容失配校準(zhǔn)，傳統(tǒng)的后臺(tái)增益校準(zhǔn)通常使用偽隨機(jī)噪聲注入數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)，其校準(zhǔn)算法復(fù)雜且迭代周期長(zhǎng)，同時(shí)電路實(shí)現(xiàn)所需的芯片面積也大。傳統(tǒng)的電容失配校準(zhǔn)包括通過(guò)前臺(tái)校準(zhǔn)獲取誤差量、以及通過(guò)注入模擬擾動(dòng)信號(hào)的后臺(tái)校準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)，其中前臺(tái)校準(zhǔn)需要增加額外電路且中斷正常ADC的工作，而后臺(tái)校準(zhǔn)算法復(fù)雜且實(shí)現(xiàn)較難。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)Pipelined-SAR ADC中運(yùn)放的級(jí)間增益誤差以及電容失配造成ADC整體性能下降的問(wèn)題，以及傳統(tǒng)增益校準(zhǔn)和電容失配校準(zhǔn)存在的算法和電路復(fù)雜的不足之處，本發(fā)明提出了一種高效、簡(jiǎn)單的基于比較器亞穩(wěn)態(tài)檢測(cè)的Pipelined-SAR ADC級(jí)間增益校準(zhǔn)方法和電容失配校準(zhǔn)方法，能夠在不增加電路設(shè)計(jì)難度和復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，快速完成增益誤差和電容失配的校準(zhǔn)，并在保證ADC的精度的同時(shí)，降低其整體的功耗。

本發(fā)明提出的級(jí)間增益校準(zhǔn)方法技術(shù)方案如下：

基于亞穩(wěn)態(tài)檢測(cè)Pipelined-SAR ADC的級(jí)間增益校準(zhǔn)方法，所述Pipelined-SARADC包括N個(gè)級(jí)聯(lián)的SAR ADC子級(jí)，且每相鄰兩個(gè)所述SAR ADC子級(jí)之間設(shè)置一個(gè)級(jí)間運(yùn)算放大器，按照量化方向依次記為第一級(jí)SAR ADC子級(jí)至第N級(jí)SAR ADC子級(jí)、以及第一級(jí)的級(jí)間增益G₁至第N-1級(jí)的級(jí)間增益G_N-1，其中N為大于1的正整數(shù)；

所述級(jí)間增益校準(zhǔn)方法包括如下步驟：