[发明专利]一种逐次逼近型模数转换器及其数字后端冗余校正方法

说明书

技术领域

本发明属于模数混合集成电路设计领域，涉及一种逐次逼近型模数转换器及其数字后端 冗余校正方法。

背景技术

模数转换器是连接自然界模拟信号与数字处理系统的桥梁，是集成电路设计的一个重要 方向。当代无线便携设备驱使模数转换器向着高速、高精度以及低功耗的方向发展。与快闪 型模数转换器、流水线型模数转换器相比，逐次逼近型模数转换器拥有相对较低的功耗，中 等甚至较高的转换速度和精度。其数字化程度高，能够充分受益于当代集成电路特征尺寸的 日益缩小，因此被广泛应用，成为了模数转换器设计领域的一大热点。

图1为逐次逼近型模数转换器的结构示意图。采样保持电路采集输入的模拟信号并且一 直保持；逐次逼近逻辑电路将数字信号输入数模转换器，转换成估计的模拟量，再将估计的 模拟量与采集的模拟量进行比较，比较结果反馈给逐次逼近逻辑电路。该逻辑通过二分法逐 渐逼近所采集的模拟信号，最终得到最接近输入的数字输出。

数模转换器是影响逐次逼近型模数转换器精度和速度关键模块。电荷重分配型数模转换 器电路由电容阵列组成，该电路功耗低，并且其面积能够随着集成电路特征尺寸的缩小而缩 小，因此广泛应用于逐次逼近型模数转换器中。图2为一个9位的电荷分配型数模转换器的 电容阵列，随着转换器精度的提升，电路中的电容值和面积将呈指数增长。因此，该结构不 适合用于高精度的逐次逼近型模数转换器。

分段式电容阵列可以解决电容值和面积随分辨率增长过快的问题。图3为一个9位的分 段式电容阵列，该阵列由高位电容阵列、低位电容阵列以及连接两个阵列的桥电容C_B组成。 高位电容阵列和低位电容阵列相同，都是由容值为C，C，2C，4C，8C(C是单位电容值) 五个电容组成，桥电容的大小为16/15C。相比于传统的电容阵列，电容分段式阵列将电容值 减小到了33.07C。

然而电容分段式结构容易受到失配和寄生的影响，带来非线性，影响整个逐次逼近型模 数转换器的性能。如图4所示，电容C_P1和C_P2是寄生电容，该电容值取决于制造工艺，会使 得设计好的高位电容阵列与低位电容阵列的比重失调；桥电容C_B往往不是一个整数，实际制 造的过程很难精确地产生这样一个数值，于是桥电容值与理想值也有一定的偏差。桥电容的 失配和寄生电容的存在，会很大程度上降低模数转换器的精度。

发明内容

基于上述背景，针对电容分段式逐次逼近型模数转换电路存在的工艺失配和寄生电容的 问题，本发明提出了一种数字后端冗余校正方法，在逐次逼近数字逻辑中增加一次转换循环 得到额外的校正位D_CAL，校正逻辑通过校正位的数值判断电容的失配信息，并反馈给增加的 电容补偿电路，对电容阵列进行校正，缓解分段式电荷重分配型模数转换电路中工艺失配和 寄生电容的问题，从而提高逐次逼近型模数转换器的实际精度。