[发明专利]分段结构模数转换器增益误差校准装置及方法

说明书

一种分段结构模数转换器增益误差校准装置及方法，包括：闪速型模数转换器、电容型数模转换器、动态比较器和逐次逼近型模数转换器，其中：闪速型模数转换器的输入端接收输入信号并输出温度计码量化结果至电容型数模转换器，电容型数模转换器经过置位后输出残余电压至动态比较器，动态比较器将输入和参考电压相比较后输出比较结果至逐次逼近型模数转换器，经过多次逼近后得到数模转换编码即最终校准控制字。本发明与主电路共用核心模块的同时根据寄生电容实际大小自动调节Flash ADC中参考电压值；上电时使能校准模式并输入两个直流校准信号即可完成校准，操作简单。

技术领域

本发明涉及的是一种模数转换器领域的技术，具体是一种分段结构模数转换器(Subranging ADC)增益误差校准。

背景技术

传统的闪速型模数转换器(Flash ADC)具有速度快的特点，但精度受限，由于其全并行的方式导致功耗、面积随精度增加呈指数型增长。逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)具有更高的能效，面积较小，且精度较高的特点，但速度较慢。分段结构模数转换器通常由两级ADC组成，分别将Flash ADC和SAR ADC作为第一级粗量化器和第二级细量化器，结合了两者的特点，以较低的功耗实现高精度高速度的模数转换以及较大的动态范围。但在Subranging ADC中，第一级Flash ADC得到的量化结果在置位后，由于增益误差的存在将导致残余电压有可能超出第二级SAR ADC量化范围，从而影响SAR ADC的量化结果，致使ADC整体性能下降。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种分段结构模数转换器增益误差校准装置及方法，与主电路共用核心模块的同时根据寄生电容实际大小自动调节Flash ADC中参考电压值；上电时使能校准模式并输入两个直流校准信号即可完成校准，操作简单。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种分段结构模数转换器增益误差校准装置，包括：闪速型模数转换器、电容型数模转换器(CDAC)、动态比较器和逐次逼近型模数转换器，其中：闪速型模数转换器的输入端接收输入信号并输出温度计码量化结果至电容型数模转换器，电容型数模转换器经过置位后输出残余电压至动态比较器，动态比较器将输入和参考电压相比较后输出比较结果至逐次逼近型模数转换器，经过多次逼近后得到数模转换编码即最终校准控制字。

所述的电容型数模转换器包括：最高位(MSB)部分和最低位(LSB)部分，其中：MSB由温度计码量化结果控制且每一位电容值为C_F，总电容为M*C_F；LSB由数模转换编码控制且总电容为C_s，该电容型数模转换器的总电容为C_tot＝M*C_F+C_s。

所述的闪速型模数转换器产生参考电压的电阻串中，电阻R₁/R₂比值为C_F/C_S。

本发明涉及一种基于上述装置的分段结构模数转换器增益误差校准方法，通过电容阵列中由Flash ADC输出结果控制的高位电容的置位结果来反馈校准Flash ADC参考电压值，具体为：当ADC采样校准输入信号后，Flash ADC首先开始工作，产生M位温度计码反馈到CDAC置位；随后SAR ADC开始工作，通过比较电阻串输出的参考电压和CDAC的残余电压之间的大小，借助SAR逻辑模块产生校准控制字，从而调整Flash ADC中的参考电压实现误差校准。

技术效果

本发明整体解决了Subranging ADC中由CDAC输出端的寄生电容带来的增益误差，导致第二级ADC无法正常工作这一问题。由于在不同工艺下以及版图设计中，CDAC输出端的寄生电容会发生变化，并且仿真和芯片电路的寄生电容值也会有一定差距，无法得到一个确定的值。因此，本发明的动态校准方案可以在较大的合理范围内实现校准。