[发明专利]一种循环模数转换器及数字校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模数转换器。特别是涉及一种具有校准信号输入的循环模数转换器及数字校准方法。

背景技术

随着科技发展，数字信号处理技术越来越成熟，我们现在可以使用数字信号处理器来完成对各类信息的处理操作。但是，在真实的世界中的信号都是模拟量，在通过数字形式对模拟信号进行处理之前，我们首先要把模拟信号转换为数字信号，因此模数转换器成为数模混合系统的重要组成部分。循环结构模数转换器在速度、面积和功耗等折中性能方面具有优势，应用广泛。循环模数转换器（ADC）系统结构如图1所示，循环ADC包含子ADC、子DAC、放大器、减法器和编码电路，模拟输入信号Vin输入到子ADC中进行量化产生数字输出，同时将该数字输出输入到子DAC中进行数模转换，输出模拟量，将此模拟量与Vin信号在减法器中做减法运算，经过放大器放大后得到输出电压Vout，Vout作为下一个循环的输入进行量化。每次循环的数字输出进入到编码电路，最终将ADC的输入信号转换为二进制输出。其中，子DAC、减法器和放大器共同组成了MDAC。

循环ADC的转换精度受到电路中各种误差的限制。误差源主要包括：噪声、时钟抖动、电容失配、有限运放增益、比较器失调、电荷注入、运放非线性等。如图2a～图2d所示，对于每级1bit的循环ADC，电容失配、有限运放增益、电荷注入、比较器失调等因素可能会使得循环ADC中任一级的输入信号超出下一级的标准量化范围，超出量化范围的模拟电压会被量化成同一比特向量，产生丢码现象。对于这些非理想因素，传统的校准算法通常需要改变ADC的模拟电路部分结构，这不仅仅在某些方面限制了ADC的应用，而且增加了ADC设计的复杂难度，特别是伴随着CMOS工艺向更低电源电压、更小特征尺寸的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以有效减小循环环模数转换器常见的电容失配引起误差的循环模数转换器及数字校准方法。

本发明所采用的技术方案是：一种循环模数转换器及数字校准方法，循环模数转换器，包括：有模数转换器，所述的模数转换器的输入端通过一个采样保持电路连接输入信号Vsig，所述的模数转换器的输入端还通过开关信号连接校准信号Vcal。

所述的模数转换器的转换频率为fc，所述的采样保持电路的采样频率为fs，其中，fc＝2fs。

所述的模数转换器的级间增益G<2。

数字校准方法，包括如下步骤：

1）设定循环模数转换器的级间增益G<2；

2）设定N级循环模数转换器的最后一级即N级的传输函数是理想的传输函数；

3）对第N－1级进行校准误差提取；

4）对第N－2级进行校准误差提取；

5）对N－3级以及N－3级之后的各级的校准误差提取；

6）得到全部校准误差S0_N-1、S1_N-1、S0_N-2、S1_N-2、…、S0₁、S1₁，并存储，用于对之后的量化进行校准，将所存校准误差用于校准正常量化的数字码采用如下公式：

Y=X-Σk=1N-1Dk(S1k-S0k)]]>

其中Y为加入校准算法后的数字输出，X为无校准算法的数字输出。

步骤3）所述的对第N－1级进行校准误差提取，包括有如下步骤：

（1）对该级输入校准信号；

（2）将N－1之前的各级数字输出码强制为0；

（3）对N－1级的数字输出强制为1，得到第N－1级的第一个校准误差S1_N-1；