[发明专利]一种适用于两步式单斜模数转换器的校正方法

说明书

本发明属于模拟数字转换技术领域，具体涉及一种适用于两步式单斜模数转换器的校正算法。本发明提出的一种适用于两步式单斜模数转换器的校正算法属于前台校正，在两步式单斜模拟数字转换器正常量化之前便实现了对非理想因素的修正。通过对相应运算放大器的输入对管以二进制的方式进行排布和选取，以达到校正运放输入失调的目的，并将模拟转换器的残余误差控制在细斜坡发生器的量化范围内。其次，假设细斜坡发生器为理想信号源，并对粗斜坡各个台阶电压实施权重量化，以实现对电阻失配、注入电荷和斜坡斜率的校正。整体算法结构简单，仅仅借助模数转换器本身就实现对非理想因素的校正，无需额外硬件开销，极大的提升了模拟数字的面积效率。

技术领域

本发明属于模拟数字转换技术领域，具体涉及一种适用于两步式单斜模数转换器的校正方法。

背景技术

单斜式(Single-Slope,SS)模数转换器(Analog toDigital Converter，ADC)由于具有结构简单，低功耗，高线性度以及面积开销小等优点而被广泛应用于图像传感器领域。随着人们对画质等感官体验的更高要求以及追求更为细致的数据信息，图像传感器读出电路需要更快转换速度和更高分辨精度的模数转换器。然而对于12位的单斜式模数转换器而言，其量化周期达到惊人的2¹²＝4096，这无疑对模数转换器系统提出了严峻的挑战。

为了解决SSADC的低速问题，[申请号CN201910658979.4]一种新型两步式(Two-Step,TS)单斜模数转换器被发明出来，如附图1所示：其包括开关电容电路101，多级比较器102，数字逻辑单元103以及斜坡发生器104。比较器的负输入端连接输入共模电平V_CM1，正输入端连接开关电容电路101的输出端。比较器102的输出连接数字逻辑单元103的输入端。数字逻辑103包括数据存储器和数字控制单元。根据的比较器103的输出将计数器当前数值存储到数据存储器上，并利用数字控制单元控制保持开关S_H的闭合状态。斜坡发生器104包含粗斜坡发生器V_RC以及细斜坡发生器V_RF。通过采样开关S_S，粗量化开关S_C，细量化开关S_F和保持开关S_H，像素信号V_PIX，粗斜坡电压V_RC，细斜坡电压V_RF和参考电压V_ref分别加载到开关电容电路P₂，P₂，P₃和P₃节点上。通常对于T位TS-SS ADC，其量化过程一般分为两步：M位的粗量化以及N位的细量化，其中T＝M+N。整体量化周期从单斜式的2^T下降到2^M+2^N，大大提升模数转换器的转换速度。

但是根据[申请号CN202010449123.9]，开关电容电路101的节点寄生C_Cp1，C_Cp2和C_Cp3严重恶化了实际斜坡发生器的有效斜率，而且电阻失配、电荷注入以及运算放大器失调进一步降低了系统线性度。尽管[CN202010449123.9]也提出了一种适用于两步式单斜模数转换器的校正方式，但是随着寄生效应的恶化，过于庞大和复杂的延迟链无疑会降低方法整体的有效性。

发明内容

针对于上述两步式单斜模拟数字转换器存在的非理想因素，本发明提出了一种新型适用于两步式单斜模拟数字转换器的校正方法。该方法首先通过将相应运算放大器的输入对管以二进制的方式进行排布和选取，以达到校正运放输入失调的目的并将模拟转换器的残余误差控制在细斜坡发生器的量化范围内。随即，假设细斜坡发生器为理想信号源，对粗斜坡各个台阶电压实施权重量化，从而实现对电阻失配、注入电荷和斜坡斜率的校正。整体方法结构简单，仅仅借助模数转换器本身就实现对非理想因素的校正，无需额外模拟硬件开销，并且避免了数字延迟链的使用。

本发明的技术方案为：