[发明专利]一种逐次逼近型模数转换器的数字自校准装置及方法

权利要求书

1.一种基于逐次逼近型模数转换器电容数字自校准装置的逐次逼近型模数转换器电容数字自校准方法，其特征在于，所述模数转换器包括互补的正电容阵列和负电容阵列，所述电容数字自校准装置包括校准开关、比较器和逻辑控制单元；正电容阵列和负电容阵列内对应的互补电容形成电容单元，电容单元内部的所有电容的容值相等；正电容阵列内所有电容的上极板与比较器第一输入端和校准开关第一端均连接，下极板接基准电压或地；负电容阵列内所有电容的上极板与比较器第二输入端和校准开关第二端均连接，下极板接基准电压或地；比较器的输出端连接逻辑控制单元，逻辑控制单元与正电容阵列和负电容阵列均连接；逻辑控制单元用于电容下极板接基准电压或地的切换；

所述逐次逼近型模数转换器电容数字自校准方法包括以下步骤：

S1：将正电容阵列和负电容阵列的所有电容的下极板均接基准电压并闭合校准开关；

S2：断开校准开关，选取首位校准电容单元，并将首位校准电容单元的正电容的下极板接地在比较器两端引入第一电压差，将第一电压差与0比较并输出比较结果；

S3：当比较结果为1时，通过逻辑控制单元控制正电容阵列内的电容，从最高位电容至最低位电容依次进行下极板接基准电压至下极板接地的切换；当比较结果为0时，通过逻辑控制单元控制负电容阵列内的电容，从最高位电容至最低位电容依次进行下极板接基准电压至下极板接地的切换；

S4：通过比较器输出量化结果D_n-1，D_n-2，…，D₀，其中，n为电容单元个数；

S5：通过式(1)得到首位校准电容单元的正电容量化结果D_{out_p}：

其中：D_i为非冗余位电容i切换对应的量化结果，W_i为非冗余位电容i的标准权重值，D_r为冗余位电容r切换对应的量化结果，W_r为冗余位电容r的标准权重值；

S6：将首位校准电容单元的负电容的下极板接地，其余电容的下极板均接基准电压在比较器两端引入第二电压差，将第二电压差与0比较并输出比较结果；

S7：重复S3至S5得到首位校准电容单元的负电容量化结果D_{out_n}：

S8：通过式(2)得到首位校准电容单元的量化结果D_out：

D_out＝(D_{out_n}-D_{out_p})/2 (2)

S9：通过式(3)得到首位校准电容单元的校准结果W'：

W'＝2×D_out-W (3)

其中，W为首位校准电容单元的标准权重值；将首位校准电容单元的校准结果W'作为首位校准电容单元的校准权重值，完成首位校准电容单元的校准；

S10：重复S1至S9依次校准首位校准电容单元的高位电容单元，至所有高位电容单元校准完成。

2.根据权利要求1所述的逐次逼近型模数转换器电容数字自校准方法，其特征在于，所述逐次逼近型模数转换器电容数字自校准装置还包括寄存器，寄存器用于寄存电容校准后的校准权重值。

3.根据权利要求1所述的逐次逼近型模数转换器电容数字自校准方法，其特征在于，所述首位校准电容单元内正电容/负电容的电容值C_i为：

其中：C_min为模数转换器的最小电容值，为首位校准电容单元内正电容/负电容的电容失配率。

4.根据权利要求1所述的逐次逼近型模数转换器电容数字自校准方法，其特征在于，所述S9采用A9替代：

A9：重复S1至S8若干次，得到若干个首位校准电容单元的量化结果D_out，通过式(4)得到首位校准电容单元的若干个校准结果W'：

W'＝2×D_out-W (4)

其中，W为首位校准电容单元对应的标准权重值；将首位校准电容单元的若干个校准结果W'求平均得到首位校准电容单元最终的校准结果，将首位校准电容单元最终的校准结果作为首位校准电容单元的校准权重值。