[发明专利]基于亚稳态检测的SAR-ADC的电容失配校准方法

说明书

基于亚稳态检测的SAR‑ADC的电容失配校准方法，属于模拟集成电路技术领域。首先确定SAR ADC的输出码字和亚稳态标志码字；然后从输出码字中的第M+1位输出码字开始直到最高位即第N位输出码字为止，按照从低位到高位的顺序依次计算每一位输出码字对应的误差码字；最后将输出码字减去输出码字中从第M+1位输出码字到第N位输出码字的每一位输出码字对应的误差码字，得到经过失配校准后的SAR ADC的校准输出码字。本发明提出的校准方法能够适用于电荷重分配型SAR ADC，用于校准SAR ADC输出码字中由电容失配带来的误差，在保证SAR ADC精度的情况下，SAR ADC的单位电容可以进一步降低，从而进一步降低了SAR ADC的功耗，提高了SAR ADC的速度。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种基于逐次逼近模数转换器(SARADC)中比较器亚稳态检测的电容失配校准方法。

背景技术

传统的单端电荷重分配型SAR ADC结构如图1所示，SAR ADC整个工作流程包括采样/保持、比较/置位。在采样/保持阶段，电容阵列中电容的上极板接地电压GND，下极板接输入电压V_in；采样结束后，电容阵列的电容上极板与地电压GND断开连接，下极板接地电压GND，进入保持阶段；采样和保持阶段电容阵列中的总电荷保持不变，固有即电容阵列输出电压V_X＝-V_in。然后进入比较/置位阶段，第一次比较判别SAR ADC输出码字的最高位即第N位输出码字D_N，电容阵列中最高位电容C_N的下极板接基准电压V_ref，其余位电容下极板仍然接地电压GND，由电荷守恒关系得即如果V_X＞0，比较器比较结果为0，电容阵列中最高位电容C_N下极板接地电压GND，如果V_X＜0，比较器比较结果为1，电容阵列中最高位电容C_N下极板接基准电压V_ref。接着第二次比较，如果SAR ADC第N位输出码字D_N＝1，则电容阵列产生的电平去和输入电压V_in作差比较产生SAR ADC的第N-1位输出码字D_N-1，如果D_N＝0，则电容阵列产生的电平去和输入电压V_in作差比较产生D_N-1。这样逐次比较下去，最终电容阵列的输出电平V_DAC会逐次逼近输入电压V_in。

电荷重分配型SAR ADC具有功耗低、面积小的优势，但是随着SAR ADC向着高速低功耗的方向发展，以及工艺尺寸的不断缩小，传统电荷重分配型SAR ADC的单位电容会越来越小，单位电容失配也会越来越明显的影响ADC的性能，因而也限制了单位电容不能取值太小，同时也催生了对电容失配进行数字校准的技术。

发明内容

针对上述电荷重分配型SAR ADC中由于单位电容失配造成的对ADC性能的影响，本发明提出一种高效、对模拟电路改动要求低的电容失配校准方法，能够适用于电荷重分配型SAR ADC，通过在电容阵列中引入冗余位电容以保证有足够的容错区间在数字域恢复，在保证ADC的精度的同时，还降低了ADC的功耗，提高了ADC的速度。

本发明的技术方案为：

基于亚稳态检测的SAR-ADC的电容失配校准方法，所述逐次逼近模数转换器的电容阵列包括N位量化电容和一位冗余电容，所述N位量化电容按低位到高位的顺序分别记为第一位量化电容至第N位量化电容，所述冗余电容设置在第M位量化电容和第M+1位量化电容之间，其中N和M均为正整数且M小于N；

所述电容失配校准方法用于校准所述逐次逼近模数转换器的输出码字中的所述电容阵列高N-M位量化电容的失配值，包括如下步骤：