[發明專利]應用于電容三段式逐次逼近型模數轉換器的數字校準方法

在審

• 申請號: 202111366026.4
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114050827A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 吳金;陳宇;范少杰;鄭麗霞;孫偉鋒
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10;H03M1/46
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

1.一種應用于電容三段式逐次逼近型模數轉換器的數字校準方法，其特征在于所述數字校準方法包括以下步驟：

步驟一.基于線性系統疊加原理，在模數轉換器ADC的采樣開關輸入端，以小電容的方式添加擾動信號±Δ_a，關系式為Q(V_IN±Δ_a)＝Q(V_IN)±Q(Δ_a)；

步驟二.將添加擾動的模擬量映射到數字域，SAR ADC通過二進制搜索算法將模擬信號轉換為對應的數字碼，輸出兩個N位的待處理數字碼D⁺和D^-，具有相同的權重W＝{w_i}(i＝0，...，N-1)；比較器通過比較電容陣列輸出端的差分電壓，逐次得出每一位對應的數字碼，并確定開關受控狀態；

步驟三.校準系統根據計算出d⁺和d^-；其中d⁺和d^-為D⁺和D^-的權重和，b_i，±為N位待處理數字碼的每一位值，w_i為每一位權重值；

步驟四.在數字域減去2Δ_d，計算出兩個轉換過程的誤差error＝d⁺-d^--2Δ_d，error又可以寫成error＝Q(V_IN+Δ_a)-Q(V_IN-Δ_a)-2Δ_d；若系統為線性，則根據疊加原理error為零，若為非線性系統，則要對位權重進行進一步迭代；其中d⁺和d^-為D⁺和D^-的權重和，Δ_d為Δ_a數字域的映射，V_IN為系統輸入電壓；

步驟五.若error不為零，則采用最小均方算法LMS通過迭代調整誤差error逼近于0，當誤差逼近于0時，各位權重W都會收斂到最佳值。

步驟六.一次完整的模數轉換由一次采樣階段和兩次轉換階段，分別為加入了擾動的模擬失調電壓+Δ_a和-Δ_a，當得到最優權重后，最優權重被鎖存，進行下一階段；SAR控制邏輯一方面鎖存比較器的結果，并比較結果作為數字碼輸出；另一方面根據比較器的結果控制電容開關的切換，實現逐次逼近的過程。

2.如權利要求1所述的應用于電容三段式逐次逼近型模數轉換器的數字校準方法，其特征在于，所述模數轉換器ADC若是線性的，其對于模擬輸入的擾動在數字域中可以通過做差去除，此時失配為零，三段式逐次逼近模數轉換器的位權達到最佳值。

3.如權利要求1-2所述的應用于電容三段式逐次逼近型模數轉換器的數字校準方法，其特征在于，所述模數轉換器ADC若是非線性，其需要采用LMS算法通過迭代式W_i[k+1]＝W_i[k]-μ_werror[k](b_i，+[k]-b_i，-[k])(i＝0，1，...，N-1以及式Δ_d[k+1]＝Δ_d[k]+μ_Δerror[k]；其中W_i為每一位的權重，Δ_d為Δ_a數字域的映射，μ_w和μ_Δ都是迭代的步長，k為迭代次數。

4.根據權利要求1所述的應用于電容三段式逐次逼近型模數轉換器的數字校準方法，其特征在于，所述電容三段式逐次逼近型模數轉換器包括柵壓自舉開關、數模轉換器DAC、比較器、SAR邏輯以及數字校準系統；其中三段式電容陣列結構是由四個電容構成的低位段、四個電容構成的中位段、橋接電容以及六個電容構成的高位段組成，低、中、高位段的電容都是呈二進制倍增關系，低位段通過整數橋接電容與中位段相連，中位段通過分數橋接電容與高位段相連。