[发明专利]一种流水线ADC的后台数字校准装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域的校准装置，特别涉及一种流水线ADC的后台数字校准装置及方法。

背景技术

流水线ADC(Analog-to-Digital Converter)作为外部模拟世界与电子系统的接口，是当前高速、高位ADC的主流结构，具有高速、高精度的特点，在高分辨率图像处理、视频处理以及无线通信等领域得到了广泛的应用，成为目前ADC研究热点之一。但是当流水线ADC的精度达到12位以上时，由于电容的不匹配、运算放大器的输入端寄生电容、电荷注入、比较器失调以及工艺偏差等各种因素引起的误差严重地限制了ADC的性能，传统的模拟电路设计已经很难突破这个精度的瓶颈，所以在高速、高精度ADC的设计中都会采用校准技术。一般校准技术分为：数字校准和模拟校准。模拟校准技术是在模拟领域把相关的量调整到期望值，或者利用激光对芯片原件进行修改，其成本高且容易受到封装时机械应力的影响。数字校准技术把电路中的非理性因素，在数字领域通过一定的校准调整，将其调整到期望值。该技术实现成本低且不容易受外界干扰，成为了现行校准技术的主流。

数字校准技术可以分为两大类：前台数字校准技术和后台数字校准技术。前台数字校准技术由两部分组成：估计参数和校准误差。但是在前台校准的过程中估计参数和校正误差是两个相对独立的过程，ADC无法同时进行误差参数的提取和正常数据的转换，需要打断ADC的正常工作是前台数字校准技术的缺点之一，这一缺点限制了其使用范围。而后台数字校准技术中估计参数和校正误差是同时进行，因此在不需要打断ADC正常工作的情况下也能够实时地校准ADC电路中的非理想因素。

在数字后台校准领域中，一种广泛采用的校准方法是采用低速高精度的参考ADC作为待校准ADC的参考输出，其中该方法需要将待校准ADC通道的输入输出信号进行降频至与参考ADC通道的输入输出信号同频率，才能送进LMS(Least Mean Square，最小均方)或RLS(Recursive Least Square，递归最小二乘法)等自适应滤波器中进行校准。但是两个不同频率输出信号很难实现完全同步，在校准过程中，将为该参考ADC校准方法带来较大误差，从而限制了该方法的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种流水线ADC的后台数字校准装置。该校准装置在不影响ADC正常工作的情况下能够实时地校准流水线ADC各个子级误差，具有校准误差小和校准精度高的优点。

本发明的另一个目的在于提供一种上述流水线ADC的后台数字校准装置的校准方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种流水线ADC的后台数字校准装置，包括自适应滤波器、高精度ADC冗余子级、数据选择模块、数据分配模块、多路开关模块和控制信号产生模块；

流水线ADC中第一级至第j级的ADC子级输入端分别通过数据选择模块与高精度ADC冗余子级输入端连接，相应这些ADC子级的输出端分别通过自适应滤波器与下一级ADC子级输入端连接；

所述高精度ADC冗余子级的输出端通过数据分配模块分别与连接在ADC子级之间的各自适应滤波器的参考端连接；

所述各自适应滤波器的输出端通过多路开关模块的各路开关与其参考端连接；

所述控制信号产生模块分别与数据选择模块、数据分配模块和多路开关模块连接，控制各ADC子级输入端连接的数据选择模块通道及其输出端的自适应滤波器连接的数据分配模块通道同时选通；同时根据第一级至第j级ADC子级的校准状态控制多路开关模块相应通道的选通与关断。

优选的，所述j为n-1，n为流水线ADC的总级数，即所述流水线ADC中除第n级外，其它各级ADC子级的输入端分别通过数据选择模块与高精度ADC冗余子级输入端连接，相应的这些ADC子级的输出端分别通过自适应滤波器与下一级ADC子级输入端连接。

优选的，所述自适应滤波器为LMS自适应滤波器或RLS自适应滤波器。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种流水线ADC的后台数字校准装置实现的校准方法，包括以下步骤：

(1)模拟信号经过采样保持放大器采样后作为流水线ADC第一级ADC子级和数字选择模块的输入；

(2)流水线ADC校准的初始化：通过控制信号产生模块控制流水线ADC从第一级至第j级依次逐级进行以下校准步骤：