[发明专利]校准模数转换器的增益误差和输入失调的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电路设计领域中的一种校准模数转换器的增益误差和输入失 调的方法。

背景技术

理想情况下，M位(M-bit)的模数转换器ADC应当是零输入对应于零 输出，满幅输入对应于满幅输出(可以看成增益gain＝1)的转换器。但是实 际电路中会存在输入失调和增益误差。输入失调即是说ADC的零输入并不 会对应于零输出，只有在输入是V_offset的情况下才会有零输出，这就相当于 输入有了一个固定的失调V_offset。而增益误差是指满幅输入对应的并不是满幅 输出，满幅输入可能会导致输出溢出或者无法达到最大输出，看起来就像存 在增益误差(gain error)，使得模拟信号被放大gain+gain error(G+GE)倍 以后才被量化，如图1所示。一般情况下，对ADC的输入失调和增益误差 要求并不高，但是在高精度应用场合中，需要ADC的失调和增益误差非常 小。例如，LTC2204[1]的失调只有±1mV，在外部输入精确参考电压源V_REF时，增益误差是0.2％。高精度应用场合需要ADC的增益误差和输入失调非 常小，由于未校准的ADC的输入失调和增益误差主要受工艺失配参数所限 制而无法减小，这时就需要进行额外的校准。

发明内容

本发明提供的一种校准模数转换器的增益误差和输入失调的方法，使得 在工艺失配的前提下电路仍然可以满足设计要求。

为了达到上述目的，本发明提供了一种校准模数转换器的增益误差和输 入失调的方法，包含以下步骤：

步骤1、估算最大可能的增益误差GE_max和最小允许的增益误差GE_allowed；

步骤2、计算需要的校准次数N＝{log₂(GE_max/GE_allowed)}，其中，{m}表示 不小于m的最小整数；

步骤3、增设参考电压V_DAC，该参考电压V_DAC为N位，满幅度输出是 ±V_REF*GE_max，最小分辨率(1LSB)是V_REF*GE_max/2^N-1；

步骤4、令参考电压输出bitDAC＝2^N-1，time＝1；

步骤5、令输入值V_in＝+V_full/2，(V_full为最大输入幅值)，得到输出测量 值D_out＝D1；

步骤6、令输入值V_in＝-V_full/2，得到输出测量值D_out＝D2；

步骤7、令步长bit_step＝2^N-1-time；

步骤8、判断D1-D2≥2^M-1(M是模数转换器的位数)是否成立，若是， 则令bit_DAC＝bit_DAC+bit_step，这也将模数转换器的参考电压变成V_REF+V_DAC＝ V_REF*(1+GE_max/2)，若否，则令bit_DAC＝bit_DAC-bit_step；这也将模数转换器的参考 电压变成V_REF+V_DAC＝V_REF*(1-GE_max/2)；

步骤9、判断time≥N-1是否成立，若是，进行步骤11，若否，进行步骤 10；

步骤10、令time＝time+1，进行步骤5；

步骤11、令输入值V_in＝+V_full/2，得到输出测量值D_out＝D1；

步骤12、令输入值V_in＝-V_full/2，得到输出测量值D_out＝D2；