[发明专利]一种用于逐次逼近模数转换器的片上电容组置换方法

说明书

该发明针对传统电阻电容型逐次逼近模数转换器提出了一种电容组和置换策略优化的优化方法，只需要将单独电容排序，重构、按电容组优化方法分组，再按照置换策略优化方案，对电容组进行比较，将结果逻辑综合得到最小误差量的信息，依据此信息设计对应的置换策略。利用最终的置换策略进行逐次逼近转换，就可以实现线性度的优化。相较于传统采用噪声整形技术或者校正算法，本发明控制逻辑简单、硬件开销小，同时功耗和面积降低；相较于再重构技术而言，本发明避免了额外电容阵列的引入，并且大大提升了动态参数指标。

技术领域

本发明应用于高精度低功耗的模数转换器,涉及一种片上电容组及置换策略优化方法。

背景技术

模数转换器在电路领域的地位极为重要，广泛应用于便携手持设备，智能传感器，更是数字信号处理与模拟世界沟通的唯一通道。主流的奈奎斯特频率(Nyquist-Rate)式的模数转换器主要包括全并行模数转换器(Flash ADC)、逐次逼近模数转换器(SAR ADC)、过采样模数转换器(ΣΔADC)以及流水线模数转换器(Pipeline ADC)。其中，逐次逼近模数转换器具有高精度、低功耗和中等速度的特性，在智能传感器领域有着尤其重要的应用，能适应不同传感器的高精度，低功耗的需求。

常见的模数转换器的精度的指标有，动态参数：无杂散动态范围(SFDR)，信噪失真比(SNDR)，信噪比(SNR)以及静态参数：非线性微分(DNL)，非线性积分(INL)。它们是衡量ADC线性度的动态参数，更高的动态参数意味着更高的线性度。

然而，常见的电阻电容型模数转换器(如图1所示)的表征精度和线性度的主要动态参数(SFDR/SNDR)以及线性度(DNL/INL)会受到电容失配的极大影响，本项技术结合了集中片上校正算法的优点，提出了电容组以及置换策略优化算法，并对该算法进行了理论上的证明。在此基础上，对该算法的实施进行了实践性的探讨，对电容组优化算法以及置换策略优化算法的实施，给出了具体方案。

本技术对传统电容重构技术(参考文献：H.Fan,H.Hadi,F.Maloberti,D.Li,D.Hu,and Y.Cen,“High Resolution and Linearity Enhanced SAR ADC for WearableSensing Systems”in IEEE International Symposium on Circuits and Systems(ISCAS),2017,pp.180-181)以及交换技术(参考文献:Y.H.Chung,M.H.Wu,and H.S.Li,.“A12-bit 8.47-fJ/conversion-step capacitor-swapping SAR ADC in 110-nm CMOS”IEEE Transactions on Circuits and Systems I:Regular Papers,62(1),2015,pp.10-18)的不足，首创性地提出了电容组优化和置换策略优化的两种优化方案，进一步提升了线性度。对电容失配为0.2％的14位SAR ADC的蒙特卡洛仿真结果显示，其SFDR比传统无校正的ADC提升了23dB，并且无需额外的电容阵列，无需损失速度。因此，本发明是一项具有重大意义的工作。

最近，电容重构技术(Re-configuring)提供了一种简单易行的解决方案；该技术利用单独电容排序，再一头一尾地组成电容对，等效减小电容失配，从而提高线性度，但需要引入一个额外的64C的电容阵列。

另外，交换技术的提出提供了一种通过周期性交换最高权重位电容和较低权重位电容的方法，从而抵消两次交换的误差，减小mismatch，但是性能提升并不显著。

发明内容

本发明通过电容组优化和置换策略优化方法，使得线性度进一步提升，而不引入过多的逻辑门和面积的消耗。

本发明的技术方案包括：一种用于逐次逼近模数转换器的片上电容组置换方法，该方法包括：