[发明专利]一种自适应电荷再分布模数转换器、转换方法和校准方法

说明书

技术领域

该发明涉及模拟信号数字信号转换领域，主要是模数转换器，尤其适合实时跟踪环境变化，低功耗的电荷再分布模数转换器及校准。

背景技术

模数转换器是信号处理过程中模拟电路与数字电路的接口电路，其中电荷再分布模数转换器，因为设计简单，功耗低，适合于工艺尺寸缩小，成为模数转换器中一种非常重要的结构。然而电荷再分布模数转换器的精度从一开始就受到电容阵列匹配精度的限制。近年来，冗余模数转换器及自适应概念的引入，为电荷再分布的电容失配和精度问题提供了新的解决方案。

冗余模数转换器，最初是指由小于2的等比DAC电容阵列构成的电荷再分布模数转换器，将冗余概念引入电荷再分布模数转换器的初衷是提高其速度。因为电荷再分布冗余模数转换器具有非常好的微分非线性(DNL)，所以现在常被用来实现自适应模数转换器。

引入自适应滤波器来完成电荷再分布模数转换器的校准是一种新兴的技术方案，这里主要指基于最小均方误差(LMS)算法的自适应滤波器。虽然引入自适应滤波器校准电荷再分布模数转换器在许多方面相对于传统校准方案很有优势，但是一个需要仔细考虑的问题就是相应的校准方案对模拟电路及数字电路的修改，以及随之而来的算法的校准精度，校准速度，以及模数转换器的速度，功耗，面积，输入信号范围等指标的折中。

发明内容

高速低功耗电荷再分布模数转换器(SARADC)中的DAC电容失配，降低DAC电容阵列的建立时间要求，提高ADC的速度，降低ADC的功耗。

为了达到上述目的，本发明提供了一种自适应电荷再分布模数转换器，包括：

DAC电容阵列，其包括多个比较电容和一个转换电容；在逐次逼近过程的第一阶段，所述多个比较电容组成第一电容阵列，在逐次逼近的第二阶段，所述多个比较电容中最高位比较电容与转换电容的组合以及其他比较电容组成第二电容阵列；

开关网络，其用于将所述DAC电容阵列中的每个比较电容和转换电容连接至输入模拟信号或参考电平；

比较器，其在逐次逼近过程的第一阶段和第二阶段，用于分别比较所述第一电容阵列和第二电容阵列中的每个电容提供的参考电平与其输入信号的余差信号的大小，并根据比较结果分别输出第一输出二进制串码和第二输出二进制串码；

逻辑控制电路，其用于控制开关网络，在输入模拟信号采样过程中，将所述DAC电容阵列中的每个比较电容和转换电容连接至输入模拟信号，而在逐次逼近过程的第一阶段，从第一电容阵列最高位开始，依次将第一电容阵列中的每个电容与参考电平；在逐次逼近过程的第二阶段，从第二电容阵列最高位开始，依次将第二电容阵列中的每个电容与参考电平接通；

自适应滤波器，其在自校准过程中，根据逐次逼近过程的第一阶段和第二阶段，所述比较器输出的第一输出二进制串码和第二输出二进制串码对第一电容阵列和第二电容阵列对应的权重向量进行更新。

本发明还提供了一种自适应电荷再分布模数转换器的模数转换方法，其包括：

输入模拟信号被DAC电容阵列采样并保持，所述DAC电容阵列包括多个比较电容和一个转换电容，其中，所述共享电容阵列包括多个共享电容；

逐次逼近过程的第一阶段，所述多个比较电容组成第一电容阵列，并从所述第一电容阵列中最高位电容开始，依次将所述第一电容阵列中的电容连接至参考电平；比较当前提供的参考电平与其输入信号的余差信号，并根据比较结果输出当前位的二进制码，在比较完第一电容阵列中的所有电容提供的参考电平后，输出第一输出二进制串码；

在逐次逼近过程的第二阶段，所述多个比较电容中最高位比较电容与转换电容的组合以及其他比较电容组成第二电容阵列，并从所述第二电容阵列中最高位电容开始，依次将所述第一电容阵列中的电容连接至参考电平；比较当前提供的参考电平与输入信号的余差信号，并根据比较结果输出当前位的二进制码，在比较完第二电容阵列中的所有电容提供的参考电平后，输出第一输出二进制串码；

根据所述第一输出二进制码串、第二输出二进制码串以及第一电容阵列和第二电容阵列对应的不同权重向量，计算得到输入模拟信号的数字转换结果。

本发明还提供了一种自适应电荷再分布模数转换器的自校准方法，其包括：

输入模拟信号被DAC电容阵列采样并保持，所述DAC电容阵列包括多个比较电容和一个转换电容，其中，所述共享电容阵列包括多个共享电容；