[发明专利]一种流水线ADC级间增益校准方法

摘要

本发明提供了一种流水线ADC级间增益校准方法。在芯片流片后，首先，根据级间增益测量方案对待校准流水级的实际增益进行测量；其后，利用得到的实际增益值，结合补偿电路结构，确定需要的补偿电容值；接下来，将确定的补偿电容值转换为相应的校准信号固化在流水线ADC的芯片中；最后，在流水线ADC的正常转换模式下，补偿电路根据校准信号对待校准级的级间增益误差进行补偿，完成校准。根据本发明的方法不会影响ADC的正常转换过程，电路消耗小，且可实现高精度的校准。

主权项

1.一种流水线ADC级间增益校准方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）初始化流水线ADC的输入信号Vin，使待校准增益的第i级流水级的输入信号Vin_i处于该流水级转换区间的除最高转换区间外的任意位置；（2）以斜坡信号形式，缓慢增加流水线ADC的输入信号Vin，监测第i级流水级的最低位数字输出D_i_0，当D_i_0第一次发生跳变时，记录下此时流水线ADC的输入V_{in_x1}和输出D_{out_y1}；（3）继续缓慢增加流水线ADC的输入信号Vin，当第i级流水级的最低位数字输出D_i_0发生与步骤（2）反相的跳变时，记录下此时流水线ADC的输入V_{in_x2}和输出D_{out_y2}；（4）根据步骤（2）和（3）中得到的流水线ADC的输入V_{in_x1}、V_{in_x2}和输出D_{out_y1}、D_{out_y2}，并利用下面的公式确定待校准增益的第i级流水级的实际增益Gr_i，Gr_i=(Dout_y2-Dout_y1)·VFS(2N-1)·(Vin_x2-Vin_x1),i=1,]]>或Gr_i=(Dout_y2-Dout_y1)·VFS(2N-1)·(Vin_x2-Vin_x1)·Πj=1i-1G_j,i=2,···,n]]>其中，V_FS为流水线ADC的满量程输入范围，N为流水线ADC的分辨率，为第一级到第i级流水级的理想增益值的乘积，Gr_i为第i级流水级的实际增益，n为流水线ADC采用的流水级级数；(5)在待校准增益的第i级流水级的级间增益放大器电路中连接第一和第二补偿电路，所述第i级流水级的级间增益放大器电路包括一运算放大器，所述第一和第二补偿电路相对于所述运算放大器对称地布置在所述运算放大器的正输入端侧和负输入端侧；所述第一补偿电路包括第一可调电容和第一选择器，第二补偿电路包括第二可调电容和第二选择器，其中，所述第一可调电容和第二可调电容具有相同的电容值C_{b_i}，所述第一选择器和第二选择器为同样的二选一选择器，并且其中，所述第一可调电容的远离所述第一选择器的第一端与运算放大器的正输入端连接，其靠近所述第一选择器的第二端与所述第一选择器的输出端连接；所述第一选择器的第一输入端连接流水级的正输出端,第二输入端连接流水级的负输出端，选择端连接校准信号，当所述校准信号为高电平时，所述第一选择器的输出端输出所述第一选择器的第二输入端的信号，而当所述校准信号为低电平时，所述第一选择器的输出端输出所述第一选择器的第一输入端的信号；所述第二可调电容的远离所述第二选择器的第一端与运算放大器的负输入端连接，其靠近所述第二选择器的第二端与所述第二选择器的输出端连接；所述第二选择器的第一输入端连接流水级的负输出端，第二输入端连接流水级的正输出端，选择端连接所述校准信号，当所述校准信号为高电平时，所述第二选择器的输出端输出所述第二选择器的第二输入端的信号，而当所述校准信号为低电平时，所述第二选择器的输出端输出所述第二选择器的第一输入端的信号；所述第一可调电容和第二可调电容具有相同的电路结构，即，包括并联连接的相同数量的补偿分支电路，每个补偿分支电路包括一分支电容和一分支选择器，各个补偿分支电路中的分支选择器为相同的二选一选择器，而依次并联连接的各个补偿分支电路中的分支电容的值满足：对相邻的两个补偿分支电路中的两个分支电容，顺序在后的分支电容的值是前面分支电容的值的两倍；在每个补偿分支电路中，分支电容的靠近分支选择器的第二端连接至分支选择器的输出端，分支选择器的第一输入端接地,其选择端连接控制该分支选择器所在补偿分支电路的分支校准信号，并且所述第一可调电容和第二可调电容的相对应的补偿分支电路中的分支选择器的选择端连接相同的分支校准信号，当分支校准信号为高电平时，分支选择器的输出端输出其第二输入端的信号，而当分支校准信号为低电平时，分支选择器的输出端输出其第一输入端的信号；在所述第一可调电容的每个补偿分支电路中，分支电容的远离分支选择器的第一端并联连接在一起作为所述第一可调电容的第一端，其分支选择器的第二输入端并联连接在一起作为所述第一可调电容的第二端；并且在所述第二可调电容的每个补偿分支电路中，分支电容的远离分支选择器的第一端并联连接在一起作为所述第二可调电容的第一端，其分支选择器的第二输入端并联连接在一起作为所述第二可调电容的第二端；（6）根据步骤（4）中确定的待校准增益流水级的实际增益Gr_i与理想增益G_i，结合步骤（5）中连接有第一和第二补偿电路的第i级流水级的级间增益放大器电路，得到以下公式，利用该公式确定补偿所需的补偿电容值C_{b_i}，(-1)F0·Cb_i=CS·(1G_i-1Gr_i)]]>式中，C_{b_i}为第i级流水级需要的补偿电容值，C_S为采样电容值，C_F为反馈电容值，F₀为连接至所述第一和第二选择器的校准信号，F₀的值为0或1；（7）根据步骤（6）中确定的第i级流水级需要的补偿电容值C_{b_i}，并结合下面的公式，确定分支校准信号F₁-F_m的值，并将这些分支校准信号F₁-F_m的值以及前述的校准信号F₀的值存储在流水线ADC的芯片中；Cb_i=F1·C0+F2·2·C0+...+Fm·2m-1·C0=Σk=1mFk·2k-1·C0]]>式中，m为第一和第二可调电容中并联的补偿分支电路的数量；C₀为并联的补偿分支电路中的分支电容的单位电容值，即，第一个补偿分支电路中的分支电容的值为C₀，第二个补偿分支电路中的分支电容的值为2C₀，第三个补偿分支电路中的分支电容的值为4C₀，以此类推；F₁.....F_m分别表示连接至第一至第m个补偿分支电路中的分支选择器的选择端的分支校准信号；以及（8）在流水线ADC正常工作时，根据步骤（7）中确定的分支校准信号F₁-F_m以及校准信号F₀的值对待校准的第i级流水级的级间增益误差进行补偿。