[发明专利]具有背景校准技术的模数转换器

摘要

本发明公开具有背景校准技术的模数转换器。在其中正在进行模数转换信号的正常的ADC操作期间，例如由于电容器失配漂移和其他参数漂移，各种技术可以提供背景校准ADC线性误差的能力。一种方法可以包括将ADC的电容器分组成多个集群，并在任意信号条件下进行校准。为了快速收敛校准结果，相同的任意信号可以被转换两次，并且被校准的电容器可以在第一次转换之后被调制。第一和第二转换的结果之间的差可以包含可以用于校准的误差信息，并且可以通过该过程去除信号分量。这些技术可以提供20位和更高级别的改进的线性度。

主权项

1.一种对包括多个电容器的模数转换器系统执行校准的方法，所述方法包括：

在所述多个电容器中的至少一些上获取模拟信号的第一样本；

将所述多个电容器分组为至少第一集群的电容器和第二集群的电容器；

从所述第一集群中选择电容器的组合并施加第一参考电压，以及从所述第二集群中选择电容器的组合并施加不同的第二参考电压；

执行模拟样本的第一模数转换以产生第一数字输出D1；

将所述第二参考电压施加于已经施加所述第一参考电压的先前选择的电容器，并将所述第一参考电压施加于先前已经施加所述第二参考电压的先前选择的电容器；

至少部分执行相同的模拟样本的第二模数转换以产生第二数字输出D2；和

确定所述第一数字输出D1和所述第二数字输出D2之间的差值以产生多个电容器中的至少一个的第一误差的估计。

2.权利要求21所述的方法，还包括：

将所述第一集群分组为具有用于表示至少第一位的标称第一权重的电容器的第二组合，以及将所述第二集群分组为具有不同于标称第一权重的用于表示至少第二位的标称第二权重的电容器的第二组合；

在所述多个电容器中的至少一些上获取模拟信号的第二样本；

从所述第一集群和所述第二集群之一中选择电容器的多个第二组合并施加第一参考电压，以及从所述第一集群和所述第二集群中的另一个选择电容器的多个第二组合并施加第二参考电压，其中施加所述第一参考电压的所选电容器的权重的总和等于施加所述第二参考电压的所选电容器的权重的总和；

使用电容器的第二组合执行所述第二模拟样本的第一模数转换以产生第三数字输出D3；

将所述第二参考电压施加于已经施加所述第一参考电压的先前选择的电容器，并将所述第一参考电压施加于先前已经施加所述第二参考电压的先前选择的电容器；

使用电容器的第二组合至少部分执行相同第二模拟样本的第二模数转换以产生第四数字输出D4；和

确定所述第三数字输出D3和所述第四数字输出D4之间的差值以产生多个电容器的第二误差的估计。

3.权利要求1所述的方法，还包括：

存储所述第一误差估计的表示与所述第一和第二集群中的所述电容器的多个组合中的至少一个之间的对应。

4.权利要求1所述的方法，还包括:

对所确定的差值应用滤波器以改善估计的第一误差。

5.权利要求1所述的方法，还包括:

将代表第一误差的估计的模拟信号应用于所述模数转换器系统。

6.权利要求1所述的方法，还包括:

将表示第一误差的估计的数字信号应用于数字输出。

7.权利要求1所述的方法，其中从所述第一集群中选择电容器的组合包括：所述第一集群中动态选择电容器的组合。

8.权利要求7所述的方法，其中动态选择包括以下中的至少一种：随机选择、伪随机选择、桶形移位和确定性选择。

9.权利要求21所述的方法，其中将所述第一集群分组为具有用于表示至少第一位的标称第一权重的电容器的第一组合，以及将所述第二集群分组为具有不同于第一权重的用于表示至少第二位的标称第二权重的电容器的第一组合包括：

在电容式数模转换器中，将所述第一集群分组为具有用于表示至少第一位的标称第一权重的电容器的第一组合，以及将所述第二集群分组为具有不同于标称第一权重的用于表示至少第二位的标称第二权重的电容器的第一组合。

10.权利要求1所述的方法，其中执行模拟样本的第一模数转换以产生第一数字输出D1包括：

使用逐次逼近程序(SAR)算法来执行模拟样本的第一模数转换以产生第一数字输出D1。

11.一种对模数转换器系统执行校准的方法，所述模数转换器系统包括具有电容器的电容式数模转换器(DAC)和具有电容器的电容器组，所述方法包括：

在DAC电容器中的至少一些上获取模拟信号的第一样本；

将所述DAC电容器分组为至少第一集群和第二集群；

在所述第一集群中选择电容器的组合并施加第一参考电压；

在所述电容器组中选择电容器的组合并施加不同的第二参考电压；

使用选择的组合执行模拟样本的第一模数转换以产生第一数字输出D1；

将所述第二参考电压施加于所述第一集群中电容器的先前选择的组合，并将所述第一参考电压施加于先前已经施加所述第二参考电压的电容器组中电容器的先前选择的组合；

使用电容器的选择的组合至少部分执行相同的模拟样本的第二模数转换以产生第二数字输出D2；和

确定所述第一数字输出D1和所述第二数字输出D2之间的差值以产生电容器组和DAC中电容器的至少一个的第一误差的估计。

12.权利要求22所述的方法，还包括:

将所述第一集群分组为具有标称第一权重以接收所述第一参考电压的电容器的第二组合，以及将所述第二集群分组为具有不同于所述标称第一权重的标称第二权重的电容器的第二组合；

在第一多个电容器中的至少一些上获取模拟信号的第二样本；

从所述电容器组的第二多个电容器中选择电容器的第二组并施加第二参考电压；

使用电容器的第二组合执行第二模拟样本的第二模数转换以产生第三数字输出D3；

将所述第二参考电压施加于电容器的第二组合，并将所述第一参考电压施加于先前已经施加所述第二参考电压的先前选择的电容器组的电容器的第二组；

使用电容器的第二组合至少部分执行相同第二模拟样本的第二模数转换以产生第四数字输出D4；和

确定所述第三数字输出D3和所述第四数字输出D4之间的差值以产生多个电容器的第二误差的估计。

13.权利要求11所述的方法，还包括：

存储所述第一误差估计的表示与所述电容器的选择的组合之间的对应。

14.权利要求11所述的方法，还包括：

对所确定的差值应用滤波器以改善估计的第一误差。

15.权利要求11所述的方法，还包括：

将代表第一误差的估计的模拟信号应用于所述模数转换器系统。

16.权利要求11所述的方法，还包括:

将表示第一误差的估计的数字信号应用于数字输出。

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