[发明专利]电容线性度自动校正的模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术领域。

背景技术

电荷重分配阵列是模数转换电路中一个重要的组成部分，通常用 在模数转换电路的内部实现采样和数模转换。为了提高精度，对模数 转换器内部的电荷重分配电路提出了更高的要求。由于电荷重分配阵 列采用的是电容阵列的结构，因此电荷重分配阵列的匹配特性很大程 度上取决于电容的匹配精度。

电容的匹配性是由电容的长、宽及所选电容匹配特性决定。

目前常用的提高电容匹配特性的方法如下：

选用匹配特性好的工艺来提高电容本省的匹配特性，但提高了生 产设计的成本。提高电容的长、宽来提高匹配特性，但是大幅增加了 功耗，同时降低了电路的带宽。采用修调电路来补偿电容的匹配特性， 这种办法增加了电路设计的复杂程度，而且需要对芯片进行中测校 准，增加了成本。

电容还具有二阶特性，如图1所示，电容上的偏置电压不同会使 容值发生变化，根据工艺提供的不同电容值，电容的线性度变化可以 从几十PPM变化到几百PPM。对于16位模数转换器来说1LSB相当 于15ppm。对于18位模数转换器来说1LSB要小于1ppm。在此种应 用中电容的线性度对转换的结果产生了很大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种能够实现电容线性度自 动校正的模数转换器结构。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，电容线性度自动校 正的模数转换器，包括模数转换器和电容线性度误差校正电路，其特 征在于，所述模数转换器包括主模数转换器和次模数转换器；

主模数转换器的数字输出端接电容线性度误差校正电路，模拟输 出端通过放大器接次模数转换器，次模数转换器的数字输出端接加法 器的第一输入端，电容线性度误差校正电路的输出端接加法器的第二 输入端，加法器的输出端为最终输出端。

设电容线性度自动校正的模数转换器的分辨率为N，所述主模数 转换器的数字输出端输出K位数据，次模数转换器的数字输出端输出 N‐K位数据。

例如，总体分辨率为N＝12位，即转换结果为12位数据，主模 数转换器的数字输出端输出K＝5位，次模数转换器的数字输出端输出 N‐K＝12‐5＝7位，更具体的例子，模数转换结果为111110000011，共 12位，主模数转换器的数字输出端输出前5位11111，次模数转换器 的数字输出端输出后7位0000011，主模数转换器和次模数转换器的 输出相组合即为111110000011。

本发明的有益效果为，本发明的电容线性度自动校正模数转换 器，与现有类似的模数转换器相比，采用电容线性度校正电路结构， 在不降低电容匹配误差的情况下，抑制了电容线性度对转换结果的影 响，大幅提高了转换的精度。

附图说明

图1为电容的二阶效应示意图。

图2为本发明的模数转换器结构示意图。

图3为电容线性度误差校正电路结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种电容线性度自动校正的模数转换器，包括模数转 换器和电容线性度误差校正电路，其特征在于，所述模数转换器包括 主模数转换器和次模数转换器；主模数转换器的数字输出端接电容线 性度误差校正电路，模拟输出端通过放大器接次模数转换器，次模数 转换器的数字输出端接加法器的第一输入端，电容线性度误差校正电 路的输出端接加法器的第二输入端，加法器的输出端为最终输出端。

需要说明的是，主模数转换器具有两路输出：对输入信号进行 AD转换后得到的数字信号，以及输入信号和对应于该数字信号的模 拟信号之间的差值，如图2中的VIN‐V(D[K])。这是现有的模数转换 器本身具有的功能。

电容型模数转换器采用电荷重分配阵列作为片内DAC进行比较 产生转换结果，该转换结果的精度很大程度上取决于电荷重分配阵列 的匹配精度。

电荷重分配阵列的精度取决内部选用的电容块的匹配精度。电容 的匹配特性除了受本身的特性影响还受电容的长宽的影响。即电容的 长宽比越大，电容的匹配特性越好。电容的匹配特性还受电容的线性 度影响，通常电容上所加的偏置电压为基准电压、输入电压和地电 平，当连接这三个电压时，由于电容线性度的影响，导致实际的电 容阵列值在这三个偏置电压时都不相同，影响了电容的实际匹配特 性。