[发明专利]一种流水线ADC数字域增益校准方法

说明书

本发明提供了一种流水线ADC数字域增益校准方法，该方法由流水线高级向低级依次校准，每一级校准首先将该级流水级的输入(Vin)从低到高依次选通所有比较器的阈值电平，每一次选通期间，使用数据选择器将阈值电平对应的两个相邻数字码作为DAC的输入，在DAC输入两种不同数字码的情况下比较该级和后级的总数字输出即可得到理想增益和实际增益的误差。再将所有选通期间的误差送入累加器，得到需要校正的误差平均值，最终通过可编程反馈电容的方式来调整MDAC电路的级间增益，从而减小。本发明针对流水线的极间增益误差，实现了使用数字域判断平均增益误差的功能。采用带可编程反馈电容阵列的开关电容电路，实现了减小平均增益误差的功能。

技术领域

本发明涉及一种流水线ADC数字域增益校准方法，主要用于对流水线级间增益放大器的平均增益误差进行校准，属于混合信号集成电路技术领域。

背景技术

如图1所示为流水线ADC的系统框图，流水线ADC由N级的低精度子级量化器，时钟产生电路和数字逻辑电路组成。流水线ADC的子级包括sub-ADC，sub-DAC和一个残差放大器，完成的功能包括量化、减法和残差放大，后两种功能在实际电路设计中一般集成在一个模块，即MDAC模块。

流水线ADC非理想误差，包括电容失配、非理想运放、比较器失调，采样误差以及热噪声、电荷注入、时钟抖动和时钟馈通等误差。其中电容失配，非理想运放都会导致极间增益放大器的增益出现误差，并且极间增益误差是限制流水线ADC精度最主要的因素。

如图2所示为流水线的极间增益放大器电路示意图。放大器采用带可编程反馈电容阵列的开关电容电路，假设运算放大器增益为A，则G表达式为公式1；β_c表达式为公式2。

可以看到只要通过编程控制开关闭合反馈电容C₁-C_n就可以调整MDAC电路的极间增益。

MDAC的增益误差和输入信号幅度有关，其传递函数被比较器划分为多段折线，每一段折线对应的输入信号幅度不同，这些折线的增益误差也有细微的区别，比如一些可能大于理想增益误差，另一些小于理想增益误差。

若以某一段折线作为检测基础，可能该折线的校准效果理想，但其他折线的增益会进一步恶化，不利于最终的系统性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种流水线ADC数字域增益校准方法，针对流水线的极间增益误差，实现了使用数字域判断平均增益误差的功能。采用带可编程反馈电容阵列的开关电容电路，实现了减小平均增益误差的功能。

本发明解决上述技术问题的技术方案主要包括：

一种流水线ADC数字域增益校准方法，主要包括以下步骤：

(1)要实现误差的校准，首先要测得产生的误差的大小，增益误差数字域测量是利用流水线ADC分级量化的原理实现的，其实现的基本原理如图3所示。

(2)增益误差测量时，流水线ADC的输入(Vin)接固定电位，在电路上可以通过接子ADC的阈值电压实现。

(3)使用数据选择器(MUX)选择步骤(2)中的阈值电压对应的两种数字码D_step1和D_step2作为当前流水级的数字输出和DAC的输入。

(4)根据量化原理，步骤(3)中作为DAC输入的两种数字码D_step1和D_step2将对应两种不同的后级数字码输出D_backend1和D_backend2，并利用以下公式来确定

D_backend1和D_backend2的值。