[发明专利]利用芯片上生成的精密参考信号的数据转换器系统误差校准

说明书

一种自校准模数转换器，包括：参考信号电路，被配置为提供参考信号；模数转换器，被配置为生成所述参考信号的第一数字表示；双斜率模数转换器，被配置为生成所述参考信号的第二数字表示；和数字引擎，被配置为将所述第一数字表示与所述第二数字表示进行比较以获得差值并响应于所述差值输出校准信号至所述模数转换器。所述参考信号电路、所述模数转换器、所述双斜率模数转换器和数字引擎集成在集成电路内。

技术领域

本发明涉及模数转换，更具体地，涉及一种用于校准模数转换器的装置和方法。

背景技术

模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)被用于将模拟输入信号转换为数字输出信号。理想情况下，数字输出信号提供模拟输入信号的精确表示。但实际上，ADC的数字输出信号并不能准确地表示模拟输入信号。换言之，ADC无法对模拟输入信号提供线性响应。ADC中存在许多误差源。例如，由于组件(例如，有源(放大器)设备或无源(电阻器、电容器)设备)之间的不匹配，ADC中可能存在系统误差。不匹配导致ADC的静态性能下降，所述ADC的静态性能可表现为积分非线性(integral non-linearity，INL)和差分非线性(differential non-linearity，DNL)。对于高分辨率ADC，系统误差变得更加严重，并且限制了ADC的有效位数(effective number of bits，ENOB)。

有几种不同类型的ADC，包括逐次逼近寄存器(successive approximationregister，SAR)ADC、流水线ADC、闪速ADC、sigma-delta ADC、基于压控振荡器(voltage-controlled oscillator，VCO)的ADC等。在SAR ADC中，系统误差的主要来源可能是可导致增益误差、偏移误差并限制INL和DNL的电容器不匹配。在流水线ADC中，静态误差的主要来源可能是增益级、放大器、比较器和/或电流舵数模转换器(digital to analogconvertor，DAC)中的有源设备之间的不匹配。在基于VCO的ADC中，系统误差的主要来源可能在于gm级中的有源设备之间的不匹配以及环形振荡器中的gm-C值。

为了获得以INL和DNL为特征的良好静态性能，ADC通常在制造期间受到初始校准。例如，为了测量INL/DNL，将步长为1个最低有效位(least significant bit，LSB)的高精度直流电压斜坡或精确的低频正弦参考信号提供给ADC的输入端。对高精度直流信号或正弦参考信号的需要要求ADC的测量和校准在固定位置(例如校准实验室)中执行。该校准过程需要精确且昂贵的测量组件，并且不能由ADC在芯片上执行。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种能够实现ADC自校准的电路，其中，所述电路与所述ADC集成在一起。所述ADC可以自校准，且无需使用外部高精度组件。根据本发明，可以在不知道参考信号的实际参数的情况下执行所述ADC的自校准。

本发明的另一方面提供了一种不需要任何外部高精度和昂贵的测量组件的用于ADC的自校准的方法。

在一个实施例中，自校准模数转换器包括：参考信号电路，被配置为提供参考信号；模数转换器，被配置为生成所述参考信号的第一数字表示；双斜率模数转换器，被配置为生成所述参考信号的第二数字表示；和数字引擎，被配置为将所述第一数字表示与所述第二数字表示进行比较以获得差值并响应于所述差值输出校准信号至所述模数转换器。所述参考信号电路、所述模数转换器、所述双斜率模数转换器和所述数字引擎集成在集成电路内。