[發(fā)明專利]基于直方圖統(tǒng)計的流水線ADC后臺數(shù)字校準方法及裝置

在審

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• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113872598A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉馬良;南劍;張乘浩;朱樟明;楊銀堂
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發(fā)明公開了一種基于直方圖統(tǒng)計的流水線ADC后臺數(shù)字校準方法及裝置，該方法包括：獲取多級流水線ADC中每一級ADC的輸出數(shù)字碼，并將第N級ADC視為理想后級；統(tǒng)計理想后級輸出數(shù)字碼的直方圖，并根據(jù)該直方圖計算理想后級與其前一級ADC之間的增益系數(shù)；根據(jù)增益系數(shù)對理想后級的前一級ADC的輸出數(shù)字碼進行校準；將經(jīng)過校準的ADC與第N級ADC進行合并，更新理想后級，并在每次更新后，對其前一級ADC的輸出數(shù)字碼進行校準，直至校準到第1級ADC，以完成多級流水線ADC的后臺數(shù)字校準。該方法可以后臺運行，易于實現(xiàn)，不需要額外增加模擬電路就能使得流水線ADC的級間增益誤差顯著減小，且具有較高的校準精度，對流水線ADC改善信噪比和線性度具有十分重要的意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于直方圖統(tǒng)計的流水線ADC后臺數(shù)字校準方法及裝置。

背景技術(shù)

流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog to digital converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)是實現(xiàn)高速高精度轉(zhuǎn)換器的一種常用結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換速率較高，消耗的芯片面積和功耗卻較低，因此在無線通信、CCD圖像數(shù)據(jù)處理、超聲監(jiān)測等高速高精度領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。由于流水線ADC級間增益誤差的存在對系統(tǒng)的信噪比和線性度有很惡劣的影響。因此，需要對多級流水線ADC的級間增益進行校準。

現(xiàn)有技術(shù)提供了一種流水線ADC級間增益校準方法，在芯片流片后，首先，根據(jù)級間增益測量方案對待校準流水級的實際增益進行測量；其后，利用得到的實際增益值，結(jié)合補償電路結(jié)構(gòu)，確定需要的補償電容值；接下來，將確定的補償電容值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的校準信號固化在流水線ADC的芯片中；最后，在流水線ADC的正常轉(zhuǎn)換模式下，補償電路根據(jù)校準信號對待校準級的級間增益誤差進行補償，完成校準。

然而，上述方法需要額外的模擬電路，增加了系統(tǒng)功耗和算法復(fù)雜度，且是前臺校準，需要特定的操作環(huán)境去實現(xiàn)，在芯片工作環(huán)境變化后無法保證校準性能。由于電路結(jié)構(gòu)固定，使其對于流水線ADC級間增益的校準精度有限，不利于改善ADC的信噪比和線性度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于直方圖統(tǒng)計的流水線ADC后臺數(shù)字校準方法及裝置。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于直方圖統(tǒng)計的流水線ADC后臺數(shù)字校準方法，包括：

獲取多級流水線ADC中每一級ADC的輸出數(shù)字碼，并將第N級ADC視為理想后級；其中，所述第N級ADC為N級流水線ADC的最后一級ADC；

統(tǒng)計所述理想后級輸出數(shù)字碼的直方圖，并根據(jù)該直方圖計算所述理想后級與其前一級ADC之間的增益系數(shù)；

根據(jù)所述增益系數(shù)對所述理想后級的前一級ADC的輸出數(shù)字碼進行校準；

將經(jīng)過校準的ADC與第N級ADC進行合并，更新所述理想后級，并在每次更新后，對其前一級ADC的輸出數(shù)字碼進行校準，直至校準到第1級ADC，以完成多級流水線ADC的后臺數(shù)字校準。

在本發(fā)明的一個實施例中，統(tǒng)計所述理想后級輸出數(shù)字碼的直方圖，并根據(jù)該直方圖計算所述理想后級與其前一級ADC之間的增益系數(shù)，包括：

統(tǒng)計當前理想后級所有輸出數(shù)字碼的直方圖；

根據(jù)所述直方圖確定輸出數(shù)字碼的最大值、最小值以及數(shù)字碼范圍；

根據(jù)所述數(shù)字碼范圍計算當前理想后級與其前一級ADC之間的增益系數(shù)α_i，計算公式如下：

其中，和分別表示由第N-i級ADC至第N級ADC合并成的理想后級的輸出數(shù)字碼的最大值和最小值，LSB(N-i)表示第N-i級輸入信號的單位量化區(qū)間范圍，N表示多級流水線ADC的最大級數(shù)，1≤i＜N。