[發明專利]一種Pipelined-SAR ADC的級間增益非線性校準方法

有效

• 申請號: 202210377703.0
• 申請日: 2022-04-12
• 公開（公告）號: CN114614822B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 彭析竹;萬麗容;唐鶴;姚安華
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

1.一種Pipelined-SAR?ADC的級間增益非線性校準方法，定義Pipelined-SAR?ADC由N個SAR?ADC作為子級級聯，每一子級為K_i比特，1≤i≤N，相鄰子級之間通過一個級間運算放大器連接，按照量化方向依次記為第一級子SAR?ADC至第N級子SAR?ADC，以及第一級的級間增益G₁至第N-1級的級間增益G_N-1，N級Pipelined-SAR?ADC能實現比特精度的數字輸出，其特征在于，校準方法包括以下步驟：

步驟1：輸入信號經過Pipelined-SAR?ADC量化后產生位輸出碼字，其中每一級每一位的數字碼字為D_i[K_i:1]，同時，還獲得亞穩態標志碼字F_i[K_i:1]，其中D_i[K_i:1]代表第i級子SAR?ADC的所有數字碼字，D_i[Ki]代表第i級最高權重位，D_i[1]代表第i級最低權重位；若第i級子SAR?ADC在量化第m位碼字D_i[m]時比較器出現亞穩態，則D_i[m]對應的亞穩態標志位F_i[m]＝0，否則F_i[m]＝1，m為正整數且1≤m≤K_i；

步驟2：通過得到的數字碼字對第一級至第N-1級的級間增益非線性進行校準，校準順序為從低權重的后級向高權重的前級校準；具體為：

步驟21：通過步驟1得到的第i級數字輸出碼字D_i和亞穩態碼字F_i對第二級至第N-1級的級間增益G₂，…，G_N-1進行線性校準，i∈[2，N-1]；具體為：

先通過第N-2級和第N-1級的數字碼字對第N-1級的級間增益G_N-1進行校準：通過提取第N-1級的發生亞穩態的數據得出第N-2級的理想殘差電壓V_{res_ideal}，通過第N級的數字碼字合成得到第N-2級的理想殘差經過運算放大器放大后得到的實際殘差電壓V_{res_real}；

理想殘差電壓V_{res_ideal}的獲取過程為：第i級第m位發生亞穩態且當前位置1時，D_i[m]＝1，F_i[m]＝1，c_i[m]代表第i級第m位的電容大小，V_{res_m_1}[i]代表第i級第m位發生亞穩態且當前位置1時的殘差電壓，V_ref代表ADC的參考電壓；第i級第m位發生亞穩態且當前位置0時，D_i[m]＝1，F_i[m]＝0，V_{res_m_0}[i]代表第i級第m位發生亞穩態且當前位置0時的殘差電壓；將第i級發生亞穩態且置1的數據提取出來得到其中數據量要達到設定值u，同理，將第i級相同數量發生亞穩態且置0的數據提取出來得到u代表發生亞穩態且分別置位為0或1的數量，即第i級理想殘差電壓

放大后的實際殘差電壓V_{res_real}的合成：求第i級級間增益的實際殘差電壓由第i+1級的數字碼字直接合成，W_i+1代表第i+1級的每一位的權重值；

聯合第i級的理想殘差電壓和第i+1級的實際殘差電壓可得到第i級的線性級間增益為同理進行第二級至第N-1級的增益校準；

步驟22：通過步驟1得到的第一級數字輸出碼字D₁[K₁:1]、亞穩態碼字F₁[K₁:1]和后級校準后合成碼字對第一級的級間增益G₁進行非線性校準；具體為：

當校準第一級級間增益的時候，后級的級間增益已經校準完成，因此，將第二級至第N級定義為一個理想ADC，第一級余量電壓V_x經過第一級級間運算放大器f(x)進行放大，f(x)＝α₁x+α₂x²+α₃x³+…+α_nxⁿ，放大后的殘差電壓V_res作為后端Pipelined-SAR?ADC的輸入，后端的數字輸出經過校準函數g(x)進行校準，將校準后的輸出值和第一級的數字輸出結合即得到Pipelined-SAR?ADC經過級間增益非線性數字校準后的輸出D_out，D_out的數學表達式為：D_out＝D₁+g(f(V_x))；

步驟3：得到非線性校準后的級間增益之后對ADC輸出的數字碼字進行合成補償，得到進行級間增益非線性校準后的實際量化輸出碼字；具體為：

步驟31：選取第一級第i位發生亞穩態且將此位置為0或置為1的輸入電壓；將這個輸入電壓值經過G₁放大后的殘差電壓送入校準系統，得出非線性校準后的V′_x；補償的電壓值為或c₁[n]代表第一級的每一位的電容值大小，V_cp代表補償的電壓值；得出第一級每一位發生亞穩態且分別置位為0或1的補償電壓值V_cp，最后合成的輸出為D_out＝D₁+g(f(V_x))+V_cp。