[發明專利]一種高精度逐次逼近性模數轉換器的后臺校準方法及系統

有效

• 申請號: 202110376296.7
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113037287B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 張國和;許嵐坤;陳琳;邢乾
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H03M1/38
• 分類號: H03M1/38
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

一種高精度逐次逼近性模數轉換器的數字后臺校準方法及系統，包括以下步驟：步驟1，對逐次逼近型模數轉換器輸入電壓進行采樣；步驟2，SAR邏輯控制：控制電容切換，對采樣得到的電壓完成正負干擾下的電壓量化；步驟3，通過量化結果對碼值進行校準得到權重迭代結果；步驟4，根據校準后的權重值輸出校準后碼值。本發明針對逐次逼近型模數轉換器的電容陣列電容失配的問題進行研究，給出了一種數字后臺校準的改進算法，該算法通過LMS迭代實現對電容權重的校準，并根據采用的碼值計算公式確定最后所需要校準的位數以實現對權重值的校準，從而提升逐次逼近型模數轉換器的精度。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路設計領域，特別涉及一種高精度逐次逼近性模數轉換器的后臺校準方法及系統。

背景技術

造成逐次逼近性模數轉換器性能誤差的主要因素包括比較器失調、噪聲影響、電容寄生和電容失配等因素。由于制造工藝的偏差，電容通常會出現隨機失配。當逐次逼近性模數轉換器的電容陣列出現電容失配時，會對逐次逼近性模數轉換器的整體線性度產生影響。對逐次逼近性模數轉換器的電容陣列進行校準是提高逐次逼近性模數轉換器線性度的重要技術。校準可以分為數字校準和模擬校準，而數字校準又包含前臺校準和后臺校準。模擬校準是指使用設計模擬電路來配合檢測和補償主DAC陣列的失配，數字校準是指分析數字碼從而計算電容失配并進行修正。前臺校準是指模數轉換器在正常工作之前，先進行校準，采用校準值進行模擬量到數字碼的轉換；而后臺校準是指模數轉換器工作之中同時進行校準。

對于模擬校準和數字前臺校準雖然可以校準失配電容，但這兩種方法受限于兩個方面，第一，這兩種校準方法都無法再電路工作時進行校準，只能先進行校準而后進行工作，無法做到校準與電路工作同時進行；第二，這兩種校準方法依賴于附加DAC陣列的精度或自身DAC陣列低位電容的精度，而當陣列達不到要求時校準效果無法得到保障。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高精度逐次逼近性模數轉換器的后臺校準方法及系統，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種高精度逐次逼近性模數轉換器的數字后臺校準方法，包括以下步驟：

步驟1，逐次逼近型模數轉換器具有冗余位的電容陣列，對逐次逼近型模數轉換器輸入電壓進行采樣；

步驟2，SAR邏輯控制：控制電容切換，對采樣得到的電壓完成正負干擾下的電壓量化；

步驟3，通過量化結果對碼值進行校準得到權重迭代結果；

步驟4，根據校準后的權重值輸出校準后碼值。

進一步的，步驟1中，其電容陣列應有n個電容的電容陣列，其中n大于12，校準前電容陣列權重寄存器復位為二進制權重，此逐次逼近型模數轉換器比較器輸出比較結果為D_n-1，D_n-2，…，D₀，其對應量化結果為D_out。

進一步的，步驟2中，SAR邏輯控制控制冗余電容開關，先將P端冗余電容的上極板接Vref，而后控制DAC電容陣列的電容切換，完成量化，復位電容連接方式；再將N端冗余電容上極板接Vref，SAR邏輯控制控制DAC電容的切換，再次進行量化，將兩次量化結果輸入到校準模塊。

進一步的，步驟3中，校準模塊通過LMS迭代得到相應的權重迭代結果，其具體的迭代公式如下所示：

Weight_n+1(i)＝Weight_n(i)-2*u*(D2(i)-D1(i))*error*iter_lms(i)

d_n+1＝d_n+ν*error