[发明专利]一种自适应电荷再分布模数转换器、转换方法及校准方法

说明书

技术领域

该发明涉及模拟信号数字信号转换领域，主要是模数转换器，尤其适合实时跟踪环境变化，低功耗的电荷再分布模数转换器及校准。

背景技术

模数转换器是信号处理过程中模拟电路与数字电路的接口电路，其中电荷再分布模数转换器，因为设计简单，功耗低，适合于工艺尺寸缩小，成为模数转换器中一种非常重要的结构。然而电荷再分布模数转换器的精度从一开始就受到电容阵列匹配精度的限制。近年来，冗余模数转换器及自适应概念的引入，为电荷再分布的电容失配和精度问题提供了新的解决方案。

冗余模数转换器，最初是指由小于2的等比DAC电容阵列构成的电荷再分布模数转换器，将冗余概念引入电荷再分布模数转换器的初衷是提高其速度。因为电荷再分布冗余模数转换器具有非常好的微分非线性(DNL)，所以现在常被用来实现自适应模数转换器。

引入自适应滤波器来完成电荷再分布模数转换器的校准是一种新兴的技术方案，这里主要指基于最小均方误差(LMS)算法的自适应滤波器。虽然引入自适应滤波器校准电荷再分布模数转换器在许多方面相对于传统校准方案很有优势，但是一个需要仔细考虑的问题就是相应的校准方案对模拟电路及数字电路的修改，以及随之而来的算法的校准精度，校准速度，以及模数转换器的速度，功耗，面积，输入信号范围等指标的折中。

发明内容

高速低功耗电荷再分布模数转换器(SAR ADC)中的DAC电容失配，降低DAC电容阵列的建立时间要求，提高ADC的速度，降低ADC的功耗。

为了达到上述目的，本发明提供了一种自适应电荷再分布模数转换器，包括：

DAC电容阵列，其包括多个比较电容和共享电容阵列，其中，所述共享电容阵列包括多个共享电容，所述多个共享电容被分配至所述多个比较电容中的至少一个以形成比较电容阵列；

开关网络，其用于将所述DAC电容阵列中的每个比较电容和共享电容连接至输入模拟信号或参考电平；

比较器，其在逐次逼近过程中，用于比较所述DAC电容阵列中的每个比较电容或每个比较电容和分配给其的至少一个共享电容提供的参考电平与输入信号余差信号的大小，并根据比较结果输出当前位的二进制码，所有比较完成后输出二进制串码；

逻辑控制电路，其用于控制开关网络，在输入模拟信号采样过程中，将所述DAC电容阵列中的每个比较电容和共享电容连接至输入模拟信号，而在逐次逼近过程中，从所述比较电容阵列最高位的电容开始，依次将其中的电容与参考电平接通，以给比较器提供参考电平；

自适应滤波器，其在数模转换过程中，根据逐次逼近过程中比较器输出的二进制串码计算得到所述输入模拟信号的数字转换结果，在自校准过程中，根据逐次逼近过程中比较器输出的二进制串码对电容权重向量进行更新。

本发明还提供了一种自适应电荷再分布模数转换器的模数转换方法，其包括：

输入模拟信号被DAC电容阵列采样并保持，所述DAC电容阵列包括多个比较电容和共享电容阵列，其中，所述共享电容阵列包括多个共享电容；

第一逐次逼近过程中，按照第一分配方式，将所述多个共享电容中的一个或多个分配至所述多个比较电容中的至少一个形成第一电容阵列，并从所述第一电容阵列的最高位电容开始，将其中的电容依次连通参考电平；比较当前电容提供的参考电平与输入模拟信号的余差信号，并根据比较结果输出当前位的二进制码，在比较完第一电容阵列中的所有电容提供的参考电平后，输出第一输出二进制串码；

第二次逼近过程中，按照第二分配方式，将所述多个共享电容中的一个或多个分配至所述多个比较电容中的至少一个形成第二电容阵列，并从所述第二电容阵列的最高位电容开始，将其中的电容依次连通参考电平；比较当前电容提供的参考电平与输入模拟信号的余差信号，并根据比较结果输出当前位的二进制码，在比较完第二电容阵列中的所有电容提供的参考电平后，输出第二输出二进制串码；

根据所述第一输出二进制串码、第二输出二进制串码以及第一电容阵列和第二电容阵列对应的不同权重向量，计算得到输入模拟信号的数字转换结果。

本发明还提供了一种自适应电荷再分布模数转换器的自校准方法，其包括：

第一逐次逼近过程中，按照第一分配方式，将多个共享电容中的一个或多个分配至多个比较电容中的至少一个形成第一电容阵列，并从所述第一电容阵列的最高位电容开始，将其中的电容依次连通参考电平；比较当前电容提供的参考电平与输入模拟信号的余差信号，并根据比较结果输出当前位的二进制码，在比较完第一电容阵列中的所有电容提供的参考电平后，输出第一输出二进制串码；