[发明专利]一种SAR型ADC的高精度校准装置

说明书

本发明公开了一种SAR型ADC的高精度校准装置，包括比较器，比较器的负向输入端和正向输入端之间一次连接有高位电容阵列和低位电容阵列；高位电容阵列与高位和偏移误差校准模块连接，低位电容阵列与低位和桥接电容校准模块连接；高位电容阵列和低位电容阵列通过开关阵列控制与数字控制逻辑的导通；其中开关阵列通过refp/refn方式连接；所述高位和偏移误差校准模块包括第一增益电容，便宜误差校准与多个高位电容校准并联，第一增益电容与其连接；所述低位和桥接电容校准模块包括第二增益电容，第二增益电容余低位校准单元连接。能够对电容的匹配性误差、寄生电容引入的误差以及桥接电容的精度误差进行全方位校准，大幅度提高了ADC的整体转换精度。

技术领域

本发明属于ADC(模拟数字转换器)高精度校准技术领域；具体涉及一种SAR(提升逐次逼近)型ADC的高精度校准装置。

背景技术

ADC作为沟通模拟和数字的桥梁被广泛应用于军事和民用领域。SAR型ADC作为重要的ADC构型，由于其结构简单、功耗低、面积小等优势在便携设备，航天器件等领域有广泛的应用。典型的SAR型ADC，包括：比较器，开关电容阵列，桥接电容，冗余电容，采样保持控制开关和数字逻辑。其工作过程为，在开关时序高电位阶段，ADC工作在采样阶段，开关电容阵列接输入Vin；在开关时序低电位阶段，ADC工作在转换阶段，开关电容阵列中的各电容根据比较结果接参考电压refn或refp，冗余电容接参考电压refn。

比较器、开关电容阵列和桥接电容，作为SAR型ADC的重要模拟部分，由于其误差的存在限制了ADC的整体转换精度。其中，比较器的主要误差来源为比较器失调，可以通过输入失调存储技术或者输出失调存储技术予以基本消除。因此，电容阵列的误差成为实现高精度ADC的瓶颈。

电容阵列的误差主要包括：匹配性误差，寄生电容引入的误差，桥接电容的精度误差等。首先，SAR型ADC的精确工作，取决于电容的比例关系。电容的匹配误差引起电容的比例关系不精确，从而致使ADC的精度恶化。传统的解决方案为，在采样阶段所有电容参与采样，在转换阶段最高位电容接refp，其他位接refn。然后，将最高位接refn，其他位接refp。如果电容完全匹配，则在两种接法下，比较器负端感应出的电压一致，如果不一致则需要根据误差进行补偿。按照该方法，保持最高位不变，确定次高位的匹配性。之后逐次确定每一位的匹配性。该方法的缺陷为操作繁琐，仅考虑了电容的匹配性误差，未对其它误差进行消除。其次，另外一种引起电容精度退化的非理想因素为寄生电容。为进行静电防护，在电容阵列21、22、23上覆盖顶铝，会产生较大的寄生电容；此外，电容阵列与其周围的金属线也会产生寄生电容。最后，使用桥接电容可大幅度降低SAR型ADC的版图面积。然而，桥接电容与电容阵列的单位电容相比为一分数电容，且精度要求极高，容易产生误差，致使ADC整体精度下降。

发明内容

本发明提供了一种SAR型ADC的高精度校准装置。能够对电容的匹配性误差、寄生电容引入的误差以及桥接电容的精度误差进行全方位校准，大幅度提高了ADC的整体转换精度。

本发明的技术方案是：一种SAR型ADC的高精度校准装置，包括比较器，比较器的负向输入端和正向输入端之间一次连接有高位电容阵列和低位电容阵列；高位电容阵列与高位和偏移误差校准模块连接，低位电容阵列与低位和桥接电容校准模块连接；高位电容阵列和低位电容阵列通过开关阵列控制与数字控制逻辑的导通；其中开关阵列通过refp/refn方式连接；所述高位和偏移误差校准模块包括第一增益电容，便宜误差校准与多个高位电容校准并联，第一增益电容与其连接；所述低位和桥接电容校准模块包括第二增益电容，第二增益电容余低位校准单元连接。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中高位电容校准包括与偏移误差校准并列设置的高位C电容校准、高位2C电容校准、高位4C电容校准、高位8C电容校准和高位16C电容校准。