[发明专利]测量电容失配特性的电路结构及测量方法

权利要求书

1.一种测量电容失配特性的电路结构，包含第一电容阵列及第二电容阵列、第一及第二数模转换器、比较器以及逐次逼近寄存器逻辑，还有若干开关；其特征在于：所述第一电容阵列与第二电容阵列均为多个电容并联，第一电容阵列与第二电容阵列包含的电容数量相同，且为偶数；第二电容阵列的下极板并联接地，上极板并联之后接比较器的反向输入端；第一电容阵列的上极板并联接比较器的正向输入端，第一电容阵列的电容，除最后一个电容之外，其余每个电容的下极板均对应接有一个单刀双掷开关，所有单刀双掷开关的一个端口并联接地，另一端口并联接一参考电压；第一电容阵列最后一个电容接一单刀三掷开关，单刀三掷开关的前两个端口与单刀双掷开关的接法相同，第三个端口与第二数模转换器相连；

所述比较器的正向输入端与反向输入端之间还接有第一及第二开关，两开关的一端并联接一共模电压，两开关的另一端分别与正向输入端与反向输入端连接；

第一数模转换器具有四个端口：第一端口通过一失调补偿电容接比较器的反向输入端，第二端口接参考电压，第三端口接地，第四端口接逐次逼近寄存器逻辑；

第二数模转换器具有四个端口：第一端口接所述单刀三掷开关的第三端口，第二端口接参考电压，第三端口接地，第四端口接逐次逼近寄存器逻辑；

所述比较器的输出接逐次逼近寄存器逻辑，逐次逼近寄存器逻辑输出端口输出数字信号。

2.如权利要求1所述的测量电容失配特性的电路结构，其特征在于：所述第一数模转换器及第二数模转换器均为M位电阻型DAC。

3.如权利要求1所述的测量电容失配特性的电路结构，其特征在于：所述第一数模转换器及第二数模转换器、比较器、逐次逼近寄存器逻辑以及失调补偿电容组成逐次逼近模数转换器。

4.如权利要求3所述的测量电容失配特性的电路结构，其特征在于：所述的逐次逼近模数转换器将电容失配信息量化为数字信号，从逐次逼近寄存器逻辑输出端口输出。

5.一种利用如权利要求1所述的测量电容失配特性的电路结构进行测量的测量方法，其特征在于：首先，将第一及第二开关闭合，第一电容阵列的上极板接共模电压，下极板都接地，第二电容阵列的上极板接共模电压，下极板都接地，第一数模转换器输入控制为100000，电容阵列预充电；

再将第一及第二开关打开，由逐次逼近寄存器逻辑、第一数模转换器及失调补偿电容和比较器组成的逐次逼近模数转换器，测量比较器的输入失调电压，并将其量化保存为offset_reg；

将第一及第二开关闭合，第一电容阵列上极板接共模电压，单数序号的电容的下极板接地，偶数序号的电容的下极板接参考电压，第二电容阵列的上极板接共模电压，下极板接地，第一数模转换器输入控制为100000，电容阵列预充电；

将第一及第二开关打开，第一电容阵列的单数序号电容与偶数序号电容的下极板接法互换，即与上一步相反，第一电容阵列电荷再分配，产生匹配误差电压V_Δ；

将第一电容阵列的最后一个电容的单刀三掷开关接入第二数模转换器，第一数模转换器的输入控制为offset_reg保存的值，逐次逼近寄存器逻辑、第二数模转换器、第一电容阵列的最后一个电容和比较器组成的逐次逼近模数转换器，对匹配误差电压V_Δ进行量化，量化结果由逐次逼近寄存器逻辑输出，V_Δ被量化为D{V_Δ}。

6.如权利要求5所述的测量电容失配特性的电路结构的测量方法，其特征在于：将每个单位电容建模成服从高斯正态分布，平均值为C_u，标准偏差为σ_u；每个单位电容和它最邻近的单位电容之间存在有限的协方差σ²_ab，与其他的单位电容之间相互独立，产生的匹配误差电压的方差为：

其中μ_x＝0，μ_y＝NC_u；

那么Var(V_Δ)可以整理为：

σ_x可由单位电容模型得到：

那么得到Var(V_Δ)为：

对于大的单位电容个数N，这种开关机制可以抑制有限最邻近相关协方差，这样就可以得到单位电容的失配特性系数σ_u/C_u：