[发明专利]一种流水线逐次逼近型ADC位权校准系统和方法

说明书

本发明公开了一种流水线逐次逼近型ADC位权校准系统，包括第一级量化单元、放大器、第二级量化单元、后台增益校准控制逻辑电路、前台位权校准控制逻辑电路和数字重构模块。本发明能够在不使用高精度共模电平的情况下对大小DAC结构中的电容失配进行校准，节省了电路成本；同时可以使ADC在前台校准时第一级生成的余量电压范围与后台校准时余量范围相同，保证了前后台校准放大器的正常工作；使用的校准切换方案可以自动抵消失调电压对位权的影响。并通过伪随机信号注入后台跟随放大器增益的变化，将前台校准和后台校准相结合得到实时的位权。

技术领域

本发明涉及数模混合集成电路技术领域，具体而言涉及一种流水线逐次逼近型ADC位权校准系统和方法。

背景技术

流水线逐次逼近型（Pipelined-SAR）ADC结合了流水线型（Pipelined）ADC的高速特性和逐次逼近型（SAR）ADC的低功耗特性被广泛应用。但量化误差、电容失配、放大器增益误差等非理想因素仍限制了Pipelined-SAR ADC的精度。

Pipelined-SAR ADC通过级间放大器连接前后两级SAR，放大器的性能直接影响了整体ADC的性能。目前已有多种放大器增益误差校准方法被提出，其中伪随机信号注入可以通过在数字域迭代计算跟踪放大器的增益变化，具有电路结构简单，功耗较低的优点。然而伪随机PN信号的注入会增加第一级生成的余量电压的范围，影响放大器的线性度，需要占用较多的冗余范围。传统的伪随机信号校准方法，伪随机信号被注入到所有电容上，收敛速度较慢，硬件开销大。

对于电容失配校准，目前主要有在模拟域和在数字域校准两种方法。模拟域的校准需要增加大量额外的模拟电路，结构较为复杂。而数字域校准不需要增加过多的模拟电路，结构简单且功耗较低，成为目前电容失配校准的主流。数字域电容失配校准通过数字模块强制CDAC进行切换以实现校准的目的。传统的校准方案需要使用三个电平进行切换，即电源VDD、地GND和共模电平VCM，若这三个电平在切换过程中波动较大，则会引入误差，降低电容失配校准的精度。因此往往需要增加额外的电路来保证增加的VCM电压的精度，增加了电路的成本和功耗。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种流水线逐次逼近型ADC位权校准系统和方法，可以在不使用高精度共模电平的情况下对大小DAC结构中的电容失配进行校准，节省了电路成本；同时可以使ADC在前台校准时第一级生成的余量电压范围与后台校准时余量范围相同，保证了前后台校准放大器的正常工作；使用的校准切换方案可以自动抵消失调电压对位权的影响。并通过伪随机信号注入后台跟随放大器增益的变化，将前台校准和后台校准相结合得到实时的位权。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种流水线逐次逼近型ADC位权校准系统，所述流水线逐次逼近型ADC位权校准系统包括第一级量化单元、放大器、第二级量化单元、后台增益校准控制逻辑电路、前台位权校准控制逻辑电路和数字重构模块；

所述第一级量化单元包括第一DAC模块和第二DAC模块，第一DAC模块的电容值小于第二DAC模块的电容值；第一DAC模块和第二DAC模块同时对信号进行采样，第一DAC模块量化完成后，输出第一级数字码至数字重构模块的同时，根据得到的第一级数字码切换第二DAC模块生成余量电压，生成的余量电压和第二DAC模块对应的位权有关，余量电压经过放大器放大后传输到第二级量化单元进行量化；

所述前台位权校准控制逻辑电路用于在ADC进入正常工作状态前，对第二DAC模块的电容失配进行前台校准；具体地，将第二DAC模块的最高位至倒数第二位电容等分为两部分，通过外部数字模块强制切换以生成和电容对应实际权重有关的余量电压，经过放大器放大和第二级量化单元第二级量化后，输出相应的第二级数字码至数字重构模块，根据第二级数字码计算得到第二DAC模块的位权；

所述后台增益校准控制逻辑电路通过在第二DAC模块中注入伪随机PN信号实时跟随放大器的增益变化，对放大器进行后台校准；