[发明专利]针对电荷型SAR-ADC寄生电容的校准方法

说明书

本发明公开了一种针对电荷型SAR‑ADC寄生电容的校准方法，所述电荷型SAR‑ADC包括LSB电容阵列，将LSB电容阵列的所有上极板与第一补偿电路的一端相连，第一补偿电路的另一端接任意恒定电位，第一补偿电路由第一固定电容C_dl和第一可调电容C_dl＇并联组成，通过调节第一补偿电路来调节SAR‑ADC的非线性误差。LSB电容阵列中单位电容值为C_u，共L位，从低位到高位分别以2倍的关系递增，最高位电容值为2^L‑1C_u。当LSB电容阵列的总电容值为C_Lt时，则如下关系式成立：C_Lt＝(2^L‑1)·C_u+C_dl+C_dl＇。所述针对电荷型SAR‑ADC寄生电容的校准方法能达到很高的线性和增益的调节精度，特别适合高精度ADC的设计。

技术领域

本发明涉及一种芯片设计领域，特别涉及一种针对电荷型SAR-ADC寄生电容的校准方法。

背景技术

模拟和数字信号之间的转换是信号处理重要的组成部分，自然界的声、光、电等模拟信号要先经过模拟数字转换器(ADC)转成数字信号才能被数字系统进一步的转换和处理。不同的系统对ADC的指标要求也不尽相同，不同的ADC指标要求都有相应的ADC结构与之相适应。随着集成电路工艺尺寸的减小和制造工艺精度的提高，目前应用最为广泛的ADC结构有SAR-ADC、sigma-delta ADC和流水线ADC。而逐次逼近转换器(SAR-ADC)具有中等速度、中等精度、低功耗和低成本的综合优势，在更加广阔的领域中得到了应用。

SAR-ADC的基本结构包含一个比较器、一个数字模拟转换器(DAC)和一个逐次逼近控制器(SAR)。它将采样信号与已知电压不断地进行比较，一个周期完成一位转换，N个周期完成N位转换，SAR-ADC的分辨率和转换速度是相互矛盾的。其中ADC的精度主要由数字模拟转换器的精度决定。数字模拟转换器的结构很多，应用最为广泛的为电荷型数模转换器，如图1所示。所谓电荷型数模转换器的工作过程是通过电荷在二元比例划分电容阵列中的再分配来完成的，通过电荷的再分配将输入电压与基准电压比例进行比较，找到最接近输入电压的基准电压比例，也就实现了模拟和数字之间的转换。电荷型DAC的精度和所需要的面积都是限制位数的因素，其中，精度指的是电容的比例精度。电容的比例精度与电容的面积正相关，要想实现更高的比例精度，必须消耗更大的面积。在现有的工艺条件下，电容比例精度可以低至0.1％，0.1％的电容比例精度只适用于电容比例接近1时，当比例增大时，这个精度会相应减小。相同的条件下不经过数字校准的电荷型DAC一般可以达到10-bit的精度，也就是说二元比例划分的电容阵列中最大电容和最小电容之间的比值为512:1。为了使匹配精度不会随着DAC精度的增加而下降，可以将一个高精度DAC划分成多个子DAC，每个子DAC之间通过缩放电容来实现连接，如图2所示。MSB和LSB分别M位和L位的子DAC，电容C_a为缩放电容，将MSB和LSB连接成一个M+L位的DAC。为了保证每个子DAC的匹配精度，单个子DAC的位数不宜过高。当整个DAC的精度很高时，为了保证单个子DAC的匹配精度，可以将整个电容阵列分成多个分段，通过多个缩放电容进行连接。为了保证各个分段DAC之间的线性关系，需要满足以下公式：

C_a·C_eq/(C_a+C_eq)＝k·C_u