[发明专利]一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法

说明书

本发明公开了一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法，包括以下步骤：步骤1，在校准模式中，测量流水线模数转换器的级电路输入输出曲线中每一个残差阶跃幅度，确定级电路中每个比较器输出所对应的实际权重，并存储在片上寄存器中；步骤2，在校准完成后，进入转换模式，根据级电路中各个比较器的转换输出，调用所存储的对应的实际权重来计算最终的转换结果。本发明提供了一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法，不仅提高了流水线模数转换器的线性度和动态范围，而且不增加电路设计复杂度和芯片面积。

技术领域

本发明涉及一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法，主要用于对流水级电路中的采样电容失配引入的非线性误差进行校准，属于混合信号集成电路技术领域。

背景技术

无线网络、信息通讯等高速信号处理领域对模数转换器的速度和精度的要求越来越高。在各种结构的模数转换器中，流水线型模数转换器由于能够将精度、速度和功耗三个重要特性进行良好的折衷，成为了高性能模数转换器的热门研究结构。

随着制造工艺的发展，工艺特征尺寸和工艺电压持续按比例缩小，但器件间失配并没有因为工艺的进步而减小，这将恶化模拟电路的性能。在流水线模数转换器中，采样电容的失配会导致级间增益误差、级电路输入输出曲线跳变高度不一致，使得模数转换器的线性度变差。如果不对误差进行校准，流水线模数转换器的精度就被限制在10位以内，很难达到应用的要求。

现有的电容失配校准技术，如动态电容匹配(DEM，dynamic element matching)技术、抖动注入(Dither Injection)技术、无源电容误差平均(Passive Capacitor ErrorAveraging)技术、有源电容误差平均(Active Capacitor Error Averaging)技术等，虽然各自都具有较好的校准效果，但是增加了电路设计复杂度和芯片面积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法，不仅提高了流水线模数转换器的线性度和动态范围，而且不增加电路设计复杂度和芯片面积。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于流水线模数转换器的电容失配校准方法，包括以下步骤：

步骤1，在校准模式中，测量流水线模数转换器的级电路输入输出曲线中每一个残差阶跃幅度，确定级电路中每个比较器输出所对应的实际权重，并存储在片上寄存器中；

步骤2，在校准完成后，进入转换模式，根据级电路中各个比较器的转换输出，调用所存储的对应的实际权重来计算最终的转换结果。

进一步地，步骤1中，校准控制器控制流水式模数转换器内核进行工作，测量每一个待校准电容的真实数字权值；

测量过程先从第三级子模数转换器开始，在校准第三级子模数转换器时，由后级流水级以及快闪式模数转换器组成的后级模数转换器执行测量；当第三级子模数转换器校准完毕时，接着开始校准第二级子模数转换器，此时，由已校准的第三级子模数转换器、后级流水级模数转换器以及快闪式模数转换器组成的后级模数转换器执行测量；当第二级子模数转换器校准完毕时，接着开始校准第一级子模数转换器，此时，由已校准的第二级和第三级子模数转换器、后级流水级模数转换器以及快闪式模数转换器组成的后级模数转换器执行测量，最终完成误差的校准。

进一步地，步骤2中，数字校准电路根据流水式模数转换器内核所输出的比较器阵列输出结果和对应的电容权重进行加权求和，得到准确的模数转换输出。

进一步地，校准模式中，对于M位级电路中快闪式模数转换器的采样网络，2^M-1个比较器输出0，2^M-1个比较器输出1，指定的1个比较器输出在0和1之间切换，同时令级电路差分零输入，此时级电路的输出电压上下跳动，其幅度对应于其输入输出曲线中与指定的比较器对应位置的残差阶跃幅度。