[发明专利]从高位到低位的逐次逼近型ADC的电容失配校准方法

说明书

本发明公开了一种从高位到低位的逐次逼近型ADC的电容失配校准方法，包括：S1，从高位到低位，依次通过预充电相位和电荷重新分配相位的开关切换，使DAC最终的输出为MSB段各位电容的余差电压，利用LSB段的子DAC和比较器量化该余差电压；余差电压指对应MSB段电容位的权重电压与其余低位权重电压之和的差；S2，根据余差电压和电容误差电压的关系，求出电容误差，最后得出实际权重；电容误差电压是指误差电容的权重电压。本发明能够有效提升整体的有效位数和无杂散动态范围，且硬件开销小。

技术领域

本发明涉及数模混合集成电路设计技术领域，具体而言涉及一种从高位到低位的逐次逼近型ADC的电容失配校准方法。

背景技术

逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）的原理是通过二进制搜索算法对输入信号进行量化，利用DAC、比较器和数字逻辑控制部分，控制DAC的输出电压逐次逼近模拟输入电压。

由于SAR ADC能够兼顾速度、功耗、集成度等性能，因此成为了近年来国内外ADC设计领域的研究热点。但是，SAR ADC存在DAC电容失配问题，限制其精度的进一步提升。由于芯片生产制造工艺的限制，电容失配是不可避免的，且电容失配带来的误差是无法忽略的，为了消除电容失配带来的影响对其校准是一种低成本的方案。现有技术中，W. -H. Tseng,W. -L. Lee, C. -Y. Huang and P. -C. Chiu, A 12-bit 104-MS/s SAR ADC in 28nmCMOS for digitally-assisted wireless transmitters, 中，利用低端电容阵列校准高位电容权重，从低到高的方式导致其自身失配会累加，造成校准精度下降。H. -. Lee, D.A. Hodges and P. R. Gray, A self-calibrating 15 bit CMOS A/D converter,中，采用了从高到低校准电容误差的方法，尽管避免了误差累积，但是需要额外增加高精度DAC，硬件成本较高。Y. Liang, C. Li, S. Liu and Z. Zhu, A 14-b 20-MS/s 78.8 dB-SNDR Energy-Efficient SAR ADC With Background Mismatch Calibration and Noise-Reduction Techniques for Portable Medical Ultrasound Systems,中，分别求解单边的电容权重，再获得差分电容权重，一方面造成比较器输入共模变化，另一方面，当电容失配方向与预判的不一致时需要重新拨电容，功耗较大。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种从高位到低位的逐次逼近型ADC的电容失配校准方法，将差分电容合并成一个权重进行整体求解，其次，从高到低计算权重避免低位误差累积，提出将DAC的冗余位电容分拆的方法，在校准时与其它低位DAC构建分裂开关算法来求解高位电容误差，无需额外的电容开销，也无需预判电容失配的极性，用简洁的校准过程达到较高的校准效果。最终能够有效提升整体的有效位数和无杂散动态范围，且硬件开销小。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种从高位到低位的逐次逼近型ADC的电容失配校准方法，所述电容失配校准方法包括以下步骤：

S1，从高位到低位，依次通过预充电相位和电荷重新分配相位的开关切换，使DAC最终的输出为MSB段各位电容的余差电压，利用LSB段的子DAC和比较器量化该余差电压；余差电压指对应MSB段电容位的权重电压与其余低位权重电压之和的差；

S2，根据余差电压和电容误差电压的关系，求出电容误差，最后得出实际权重；电容误差电压是指误差电容的权重电压。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，步骤S1中，通过预充电相位和电荷重新分配相位的开关切换，使DAC最终的输出为MSB段各位电容的余差电压的过程包括以下步骤：