[发明专利]失调校准装置、逐次逼近型模数转换装置及失调校准方法

说明书

本申请公开了一种失调校准装置、逐次逼近型模数转换装置及失调校准方法。该用于逐次逼近型模数转换器的失调校准装置，包括第一触发器、第二触发器、加法器、计数器和电流型数字模拟转换器；所述第一触发器和所述第二触发器分别与所述加法器相连接，所述加法器、所述计数器和所述电流型数字模拟转换器依次连接。本申请提供的用于逐次逼近型模数转换器的失调校准装置，不需要额外的共模电压产生电路，也不需要考虑共模电压对失调电压的影响，并且通过电流型数字模拟转换器来存储电压也可以避免电荷泄漏的问题，能够实现较好的失调校准效果，不需要额外的共模产生电路，节省了资源，不会发生电荷泄漏。

技术领域

本申请涉及电路技术领域，具体涉及一种失调校准装置、逐次逼近型模数转换装置及失调校准方法。

背景技术

随着移动物联网和大数据的快速发展，像智能穿戴、无人驾驶汽车等装置逐渐进入人们的视野，5G时代的来临对数据传输量和传输速率提出了更高的要求。大自然界的信号都是模拟信号，无法直接被计算机处理，因此模数转换器就发挥了至关重要的作用。

模数转换器(ADC)作为模拟世界与数字计算机之间的桥梁，成为了数模混合系统不可或缺的模块，成为人们不断研究的热点。对于ADC来说，由于工艺失配会带来失调的问题。传统的失调解决方案是将差分电路的输入短接到共模电平，此时将ADC的输出码转换为模拟电压，这便是失调电压，然后将失调电压附加在比较器的输入端，这样就可以消除失调电压对比较结果的影响。但是这种方法对校准时短接的共模电平要求严格。若共模电平不准，那么校准的精度就会下降。

逐次逼近型模数转换器(简称为SAR ADC)因其结构简单、面积小、低功耗的优势已经成为中高速、中高精度的ADC的研究热点。SAR ADC采用二进制搜索原理，将输入电压与参考电压进行比较，从高位到低位逐次逼近，最后输出该信号相应的数字码。SAR ADC主要由采样保持电路(SH)、比较器、CDAC、逻辑控制、异步时钟电路等部分组成。

其中由于工艺失配的存在，就会使得差分电路产生失调电压。随着ADC的速度不断提高，晶体管的尺寸和电容的尺寸都会减小，来使得比较器的速度增加，CDAC的充放电时间缩短，以及保证采样保持电路的高带宽，这导致电路的失调变得更加严重。失调电压会降低系统的转换范围，动态的失调电压还会带来非线性的问题。因此在追求高速高性能的ADC时，失调校准就发挥着至关重要的作用。

如图1所示，是一个传统的带有失调校准功能的SAR ADC结构。该电路正常工作前首先进行失调校准，当开关S1闭合时，输入短接到共模电平，之后SHP、SHN闭合，将共模电平进行采样，然后SHP、SHN断开，比较器开始工作，比较器的输出结果控制电荷泵对图上所示电容充放电。如果VOP＝1、VON＝0，则电荷泵对C1进行放电，对C2进行充电，这时VCALP降低，VCALN增加，反之同理。这样就可以通过储存在电容上VCALP、VCALN的电压补偿到比较器的两端来消除失调，这时通过多个周期的比较，当VOP或者VON在0和1之间不断跳变时，完成失调校准。之后把开关S1断开，ADC便可正常的工作。SHP、SHN闭合，将输入电压进行采样，然后SHP、SHN断开，电压保持，SAR逻辑控制模块的输出控制CDAC接入的电容，完成电压的逐次逼近过程。

该方法的缺点是需要额外的共模电压产生电路，增大了芯片面积。并且产生的共模电平若不准确，会导致校准时与比较时实际送入比较器的输入差分信号的共模电平不一致。由于输入信号共模电压的改变会使得比较器的失调电压发生改变。所以此时失调校准功能将不准确。该结构通过电荷泵对电容进行充放电的形式来存储电压，会发生电荷的泄漏，因此ADC工作一段时间后，就不准了。综上所述，在传统的失调校准结构中存在两个需要解决的问题，一是共模电压变化对失调校准精度的影响，二是校准电容上的电荷泄漏问题。

发明内容