[发明专利]无冗余通道的时间交叉ADC劈分校准结构及其自适应校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速、高精度模数转换技术领域，具体来讲，涉及一种对时间交叉ADC中通道间失配误差的校准的结构和方法。

背景技术

通信系统、雷达、图像/视频处理等现代电子系统需要高速、高精度的模数转换器ADC。传统的单通道模数转换器，如流水线结构ADC，要在保证高精度的同时实现高速度将面临物理上的限制，特别是随着深亚微米CMOS工艺向更低电源电压、更小特征尺寸方向发展将使采用传统结构的高精度、高速ADC的设计变得越发困难。一种有效的解决方案是通过多通道时间交叉技术突破工艺因素带来的限制，使ADC的速度实现成倍的提高。

时间交叉ADC(TIADC)的思想是，利用M个单通道ADC以交替并行的方式分别对输入信号进行采样并转换，单个通道的采样速率是TIADC采样速率的1/M(即fs/M)，转换后的结果同样按时间交叉的方式组合得到TIADC的输出，输出速率为fs。因此，TIADC的采样速率相比于单通道ADC实现了M倍的提高。理想情况下，TIADC中各个单通道ADC具有相同的电路特性，如具有相同的输入失调电压，相同的全局增益，相同的采样周期(M/fs)。但是在实际工艺制造过程中各个通道的特性参数存在一定的失配，即失调失配、增益失配和采样时间失配。这些失配误差将在TIADC的输出频谱中引入杂散谐波，降低TIADC的无杂散动态范围(SFDR)和有效位数，严重影响TIADC的性能。有资料表明，呈正态分布的标准差1％的通道间失配便会将TIADC的精度限制在7位而不论单通道ADC的精度如何。

国内外已有若干针对TIADC失配误差校准的研究出现，国内如王志刚、田书林等人发明的基于插值和正弦拟合的TIADC系统通道失配误差获取方法(王志刚，田书林，张昊，王猛.一种时间交替ADC系统通道失配误差的获取方法.中国专利：200910167760.0，2009-09-27)，邹月娴和张尚良发明的基于拉格朗日插值方法的TIADC时间失配实时补偿算法(邹月娴，张尚良.一种基于拉格朗日插值方法的时间交替模拟数字转换(TIADC)系统时间失配实时补偿算法.中国专利：200910109487.6，2009-08-21)，但这些方法要么只是研究TIADC失配误差的获取，要么只是研究失配误差的补偿，而没有形成完整的误差自适应获取和补偿方案。S.Jamal和D.Fu等人提出基于随机斩波对失调失配进行校准，基于相关运算(correlation-based algorithms)对增益失配和采样时间失配进行校准(Jamal Shafiq M，Fu Daihong，Hurst Paul J，Lewis Stephen H.A 10-b 120-Msample/s time-interleaved analog-to-digital converter with digital background calibration[J]IEEE Journal of Solid-State Circuits，v 37，n 12，p 1618-1627，December 2002)，然而这种方案只适用于两通道的TIADC，无法向更多通道甚至任意通道扩展。Sunder S.Kidambi提出的M通道时间交叉模数转换器失配误差的校准方法中对误差的补偿需要通过数模转换器(DAC)把在数字域得到的误差值转换为模拟信号用于控制TIADC中参数可调的模拟电路来完成误差补偿(KIDAMBI SUNDER S[US].CALIBRATION OF OFFSET，GAIN AND PHASE ERRORS IN M-CHANNEL TIME-INTERLEAVED ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTERS[P].US2010253557A1，2010-10-07)。John A.McNeill和Christopher David等人提出了利用2M+1个劈分ADC通道(SplitADC)互校准方法来实现M倍速率提升的TIADC(系统中通道采样速率为fs/M，系统速率为fs)通道间失配误差的自适应校准(John A.Mcneill，Christopher David，Michael Coln，and Rosa Croughwell.“Split ADC”Calibration for All-Digital Correction of Time-Interleaved ADC Errors[J].IEEE Transactions on circuits and systems-II：Express Briefs，vol.56，no.5，pp.344-348，2009.)，但是这一方法必须设计一条冗余的劈分ADC通道来辅助校准的完成。