[发明专利]一种适用于两步式单斜模数转换器的校正方法

权利要求书

1.一种适用于两步式单斜模数转换器的校正方法，两步式单斜模拟数字转换器为包括M位粗斜坡发生器和N位冗余细斜坡发生器的T位斜坡式发生器，N＝T-M+K，K为冗余位数，其特征在于：

所述M位粗斜坡发生器包括两个钳位运算放大器，一个PMOS电流源、一个NMOS电流阱、M位电阻串阵列、开关选择阵列、输出缓冲器以及参考电压缓冲器，0MT；电阻串一共由2^M+2个电阻串联而成，起始电阻和终端电阻构成冗余匹配电阻；钳位运算放大器包括上端钳位运放和下端钳位运放，其负输入端分别连接着高参考电压和低参考电压，输出端分别连接着电流源与电流阱的栅端；电流源与电流阱的源端分别连接着电源和地，上端钳位运放的正输入端连接着第2^M+1个电阻的上端，下端钳位运放的正输入端连接着第1个电阻的上端；第2^M+2个电阻的上端节点和第1个电阻的下端节点分别连接着电流源与电流阱的漏端；第一个电阻的上端节点电压为V_C0，第二个电阻的上端节点电压为V_C1，以此类推，第2^M+1个电阻的上端节点电压为V_C2^M；

输出缓冲器和参考电压缓冲器构成单位增益负反馈；节点电压V_C0～V_C2^M通过开关阵列连接至输出缓冲器的正输入端，V_RCi是当开关阵列第i个开关导通时，节点电压V_Ci连接至输出缓冲器时的粗斜坡输出电压；参考电压缓冲器的正输入对管以二进制方式排布，其栅端电压根据数字码值和控制开关分别连接至V_C2^M-1+2和V_C2^M-1-2；

所述N位冗余细斜坡发生器，冗余位数为K位包括两个钳位运算放大器，一个PMOS电流源、一个NMOS电流阱、N位电阻串阵列、开关选择阵列和输出缓冲器，K0；电阻串一共由2^N+K+2个电阻串联而成，起始电阻和终端电阻依然构成冗余匹配电阻；上下钳位运算的负输入对管都以二进制方式排布，根据数字码值和控制开关，上端钳位运放的负输入对管分别连接至V_C2^M-1+2和V_C2^M-1而下端钳位运放的分别连接至V_C2^M-1和V_C2^M-1-2；上下钳位运放的输出端分别连接着电流源与电流阱的栅端，电流源与电流阱的源端分别连接着电源和地，上端钳位运放的正输入端连接着第2^N+K+1个电阻的上端，下端钳位运放的正输入端连接着第1个电阻的上端；第2^N+K+2个电阻的上端节点和第1个电阻的下端节点分别连接着电流源与电流阱的漏端；第一个电阻的上端节点电压为V_F0，第二个电阻的上端节点电压为V_F1，以此类推，第2^N+K+1个电阻的上端节点电压为V_F2^N+K；

输出缓冲器和参考电压缓冲器构成单位增益负反馈；节点电压V_F0～V_F2^N+K通过开关阵列连接至输出缓冲器的正输入端，V_RFi是当开关阵列第i个开关导通时，节点电压V_Fi连接至输出缓冲器时的细斜坡输出电压；

粗校正是对细斜坡发生器钳位运放失调校正以及对细斜坡输出缓冲器与粗斜坡参考电压缓冲器的失调校正；

所述细斜坡发生器钳位运放失调校正包括如下步骤：

1.1初始化；将上下端钳位运放输入对管的L位数字码值D_CAL1和D_CAL2分别复位到全1和全0，同时校正计数器Counter初始化为0，L0；

1.2模数转换器失调量化；开关S_S，S_R，S_F导通，S_C，S_H，S_A断开；电容C_H下极板连接至细斜坡台阶电压V_RFHH＝2^-1+2^-1-k并将粗斜坡台阶电压V_RC1采样到电容C_S上；随即，依次断开S_R，S_S并打开S_C，将V_RC1加载到节点P₂上；然后断开S_S，细斜坡电压从V_RF1逐步上涨到V_RF2^N，当比较器输出电压从0跳变到1时，实现对ADC整体失调的量化，数字码值为D_F1；

1.3粗斜坡台阶电压量化；开关顺序与步骤1.2相同，区别在于初始采样信号为V_RC0而非V_RC1；细量化结束后，其数字码值为D_F2，通过减去ADC系统失调，以获得粗斜坡发生器第2个电阻所代表的电压权重值ΔD＝D_F1－D_F2；

1.4状态判断；当ΔD2^N-1-1，钳位运放失调校正结束；否则需要判断当前校正计数器Counter的奇偶性，如果Counter为奇数，需要对D_CAL1进行减1操作；如果Counter为偶数，需要对D_CAL2进行加1操作；然后对校正计数器加1，转至步骤1.2；

值得注意的是，在对信号采样之前，需要将S_R和S_A闭合，使得第一级比较器的失调电压存储在电容C_D上；

所述细斜坡输出缓冲器与粗斜坡参考电压缓冲器的失调校正包括如下步骤：

2.1初始化；将参考缓冲器输入对管的L位数字码值D_CAL0初始化为全0；

2.2模数转换器失调量化；开关S_S，S_R，S_H导通，S_C，S_F，S_A断开；电容C_H下极板连接至参考电压V_ref并将粗斜坡台阶电压V_RC1采样到电容C_S上；随即，依次断开S_R，S_S并打开S_C，将V_RC1加载到节点P₂上；然后依次断开S_H，S_S，闭合S_F，细斜坡电压从V_RF1逐步上涨到V_RF2^N，当比较器输出电压从0跳变到1时，实现对ADC整体失调的量化，此时数字码值为D_F3；

2.3状态判断；考虑到细斜坡输出缓冲器与粗斜坡参考电压缓冲器的失调差异，V_ref小于细斜坡台阶电压V_RFH；此时的数字码值D_F3会小于D_F1，通过对D_CAL0进行加1操作，直到D_F3D_F1，完成失调差异校正。