[发明专利]一种用于逐次逼近型模数转换器的数字分段线性校准方法

说明书

本发明公开了一种用于逐次逼近型模数转换器的数字分段线性校准方法，属于数字模拟混合集成电路设计技术领域。利用实际量化曲线与理想量化曲线的数学关系，将实际量化曲线修正到理想量化曲线上。通常的校准技术主要校准电容的失配误差，对于工作中产生的动态误差则无法校准，本发明的校准技术在现有校准技术的基础上补偿了模拟部分在工作中产生的新的误差，一方面有效地提高了逐次逼近型模数转换器的线性度，另一方面该校准算法可以通过简单的加法和移位运算实现，极大地减小了硬件开销。

技术领域

本发明属于数字模拟混合集成电路设计技术领域，具体涉及一种用于逐次逼近型模数转换器的数字分段线性校准方法。

背景技术

随着CMOS集成电路工艺的快速发展，高速、高精度、低功耗成为近几年模数转换器的研究热点。逐次逼近型模数转换器(Successive Approximation Register ADC,SARADC)相比其他结构的ADC，非常适用于低功耗的应用场合。但在高速、高精度方面，逐次逼近型模数转换器由于受到比较器失调、噪声影响、电容寄生、电容失配以及电荷注入等因素的影响，很难实现高速、高分辨率。在集成电路制造过程中，SAR ADC中的电容值通常存在误差，因此电容失配是影响逐次逼近型模数转换器精度的主要因素，所以大多数的校准技术主要解决ADC电容失配的问题。

SAR ADC的校准分为模拟校准和数字校准，早期的校准方法都属采用附加的模拟电路来配合检测和补偿主DAC阵列的电容失配，而且模拟校准是在上电后就开始校准，然后再正常工作。随着集成电路工艺的不断进步，数字电路的功能越来越强大，校准技术的实现也由以前的模拟校准向数字校准转变。

数字校准技术的研究又可以分为前台校准和后台校准。前台校准指ADC在正常工作之前进入校准模式，校准模式中电容的切换方式和之后的工作模式会有所不同；而后台校准是指模数转换器工作之中同时进行校准，所以不会有独立的校准模式。通常来讲，后台校准相比前台校准需要消耗更大面积。

前台校准又分为数字自校准和数字码密度校准。Tseng.W.H等人提出数字自校准的方法，通过低位电容衡量高位电容的算法完成校准，这种结构仅需要引入少量分数电容，就可以实现电容阵列的自校准。此外，Xian Gu等人提出一种码密度校准算法，通过计算码值出现频率，求得电容的真实权重值。在后台校准研究方向，McNeil等人提出了基于SplitADC的数字校准技术，通过双通道ADC对同一输入信号进行转换，采用LMS收敛算法对输出结果差值进行调整，修调权重值。还有Liu等人提出了基于扰动的校准算法，通过对输入端加入扰动信号，针对同一输入模拟量产生不同输出码，然后通过LMS算法迭代计算电容阵列的各位权重值。以上校准技术主要针对电容失配引起的误差进行校准，而在模数转换器实际工作中，模拟电路中产生的电荷注入也会对模数转换器的精度产生极大的影响，而前台校准技术不能对于工作中产生的新的误差进行校准。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于逐次逼近型模数转换器的数字分段线性校准方法，补偿了模拟部分在工作中产生的新的误差，有效地提高了逐次逼近型模数转换器的线性度，极大地减小了硬件开销。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于逐次逼近型模数转换器的数字分段线性校准方法，包括以下步骤：

1)对于M步N位的逐次逼近型模数转换器，根据式(1)计算出m位二进制数字输出码D_out：

W(i)为每位电容对应的权重值；