[发明专利]一种适用于逐次逼近模数转换器的后台电容失配校准方法

说明书

一种适用于逐次逼近模数转换器的后台电容失配校准方法，属于模拟集成电路技术领域。通过在SAR ADC电容阵列的高M位量化电容中注入PN码进行量化，得到实际量化码字中的PN码注入量；再利用高M位量化电容的权重估计值消除PN码注入量得到输入信号的估计值；将输入信号的估计值分别与注入的PN码做相关操作得到对应的相关系数，当相关系数不满足精度要求时更新高M位量化电容的权重估计值后重新计算输入信号的估计值，直到所有相关系数均满足精度要求后用最终的输入信号的估计值转换得到经过校准后的输出码字。本发明方法简单且精度高，能够在改善SAR ADC性能和减少成本上实现平衡；另外本发明可以在数据转换过程中进行实时后台运行，无需额外的校准周期。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种适用于逐次逼近模数转换器SAR ADC的电容失配校准方法。

背景技术

作为信息技术的入口，传感器起到了信息的获取和转换的重要作用。通常情况下，传感器是将包含多种信息的物理量转换成可以电路识别和处理的电压和电流信号等电信号，这些电信号一般都是连续变化的模拟信号，因此大规模的数字逻辑运算单元并不能直接进行获取和处理，需要模数转换器ADC将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。如今随着科技的发展，移动便携类电子产品(如手机、智能手表)日益成为人们生活中不可或缺的一部分，但在电池技术迟迟没有突破的当下，功耗便成为限制其发展的最重要因素。具有尺寸小、功耗低等优点的SAR ADC也因此备受关注，得到广泛的研究和大范围的应用，在日益庞大的电子产品市场中有不可替代的重要地位。

但是SAR ADC自身也存在一些问题需要解决，其中较为重要的一部分便是由电容失配引起的性能下降的问题。因为现实中微电子工艺的限制，在集成电路中制造电容时并不能完全准确地制造出所设计的电容值，通常被制造出来的电容都会稍稍偏离它的初始设计值。但SAR ADC的工作过程本就是基于电容阵列里各电容的比例，所以通常情况下SARADC的实际工作性能会由于电容失配而受影响，需要一种算法来对电容失配进行校准，从而提升SARADC的工作性能。

发明内容

针对上述电容失配给SAR ADC带来的性能影响，本发明提出了一种应用后台实时电容失配校准方法，能够适用于具有电容失配的逐次逼近模数转换器SAR ADC，通过校准SARADC的电容失配来提升其工作性能，尤其适用于电容阵列失配较大的SAR ADC中。

本发明的技术方案为：

一种适用于逐次逼近模数转换器的后台电容失配校准方法，所述逐次逼近模数转换器为单端输入结构，包括一个电容阵列，所述电容阵列包括N位量化电容，按电容权重值从小到大排列分别是第0位至第N-1位量化电容，其中N为正整数；

所述后台电容失配校准方法包括如下步骤：

步骤一、所述N位量化电容的上极板互连并作为所述电容阵列的输出端，所述电容阵列的高M位量化电容的下极板连接输入信号、地电压或对应的校准基准电压，M为正整数且不大于N，所述电容阵列的低N-M位量化电容的下极板连接输入信号、地电压或基准电压Vref；所述逐次逼近模数转换器对输入信号进行量化得到N位量化电容对应的N位实际量化码字Di^′，i∈[0,N-1]；

其中所述高M位量化电容中第N-j位量化电容对应的校准基准电压Vref_j＝Vref+PN_j×r_j×V1，j为正整数且j∈[1,M]，PN_j为第N-j位量化电容对应的PN码，r_j为第N-j位量化电容对应的PN码PN_j的系数，r_j∈(0,1)，PN码的模拟电压V1为常数；

步骤二、计算所述实际量化码字中的PN码注入量PN_inj：

其中w_N-j为第N-j位量化电容在所述电容阵列中的理想权重；