[发明专利]一种应用于单端逐次逼近型模数转换器的数字自校准方法

摘要

本发明公开了一种应用于单端逐次逼近型模数转换器的数字自校准方法，主DAC采用两段式结构，校准DAC为单个串联三段式（M+1）位电容阵列，采用“双寄存器”预判的方式实现校准码的回补，包括：校准DAC设计、获取误差码逻辑设计、获取校准码逻辑设计，工作模式分为校准模式和正常转换模式，校准模式测量出待校准位的误差电压，正常转换模式则相应的去补偿测量出的误差电压，以解决由于工艺制造误差引入的电容失配问题，有效的减小整体面积，且能够扩大校准范围，简化校准逻辑控制过程，提高回补校准码的效率。

主权项

1.一种应用于单端逐次逼近型模数转换器的数字自校准方法，其特征在于：主DAC采用两段式结构，校准DAC为单个串联三段式(M+1)位电容阵列，采用“双寄存器”预判的方式实现校准码的回补；所述的M为主DAC中高位段的位数，即用单个串联三段式(M+1)位校准DAC电容阵列来校准高M位的电容误差电压；所述校准DAC的输出端串联一个单位电容C及一个到地调节电容Cadj，另外在每一分段电容的上极板及调节电容Cadj的上极板接共模电压为Vcm的开关，该方法包括以下步骤：步骤一、校准模式，包括：步骤(1‑1)、测量高M位的误差电压：通过第一阶段和第二阶段的开关转换，在主DAC的输出端得到高位段各位的误差电压；步骤(1‑2)、校准DAC获取误差码：校准DAC的结构为单个串联三段式(M+1)位电容阵列结构，定义校准DAC下极板接GND为0，接Vref为1以及高位段中电容较理想偏大时的误差为“正误差”，较理想偏小时的误差为“负误差”，校准DAC的初始状态设为1000000，最高位的“1”可看做符号位，当高位段某一位检测出“正误差”时，则校准DAC从初始态逐次“向上”加1，如1000000‑>1000001‑>1000010‑>1000011…..,由于下极板的开关不断切换，校准DAC的输出逐次逼近测量出的误差电压，直到比较器翻转，此时校准DAC对应的二进制码为该位误差电压所对应的误差码，同理，当检测出“负误差”时，则校准DAC从初始态逐次“向下”减1，如1000000‑>0111111‑>0111110‑>0111101…..直到比较器翻转，此时校准DAC对应的二进制码为该位误差电压所对应的误差码；步骤(1‑3)、将误差码转换成校准码：从误差码到校准码的转换通过下面公式完成：式中为高位段中第i位的误差码当i＝M时，为高位段中第i位的校准码；步骤二、正常转换模式，包括：步骤(2‑1)、回补校准码：在正常转换过程中，从最高位到低位依次转换，高位段转换时，需要相对应的回补校准模式时测量、计算出的校准码，以12位ADC为例，但不局限于12位，仅用于距离描述，回补校准码逻辑如下：状态一：(1.1)回补Cal_code_12(即D12)；(1.2)配置两个寄存器，为下一位回补做准备：Register1:D12+D11，Register2:D11；状态二：(2.1)判断前一位(第12位)的转换结果Vop；(2.2)回补第11位正确的校准码Cal_code_11，如果第12位输出结果为“1”，则回补Register1，反之舍弃D12，回补Register2；(2.3)重新配置两个寄存器,为下一位回补做准备：(2.3.1)如果第12位Vop＝“1”：Register1:Register1+D10，Register2:Register1‑D11+D10；(2.3.2)如果第12位Vop＝“0”：Register1:Register2+D10，Register2:Register2‑D11+D10；状态三：(3.1)判断前一位(第11位)的转换结果Vop；(3.2)回补第10位正确的校准码Cal_code_10，如果第11位输出结果为“1”，则回补Register1，反之舍弃D11，回补Register2；(3.3)重新配置两个寄存器，为下一位回补做准备：(3.3.1)如果第11位Vop＝“1”，Register1:Register1+D9，Register2:Register1‑D10+D9；(3.3.2)如果第11位Vop＝“0”，Register1:Register2+D9，Register2:Register2‑D10+D9；其中，D12、D11、D10等为误差测量后每一位所对应的校准码，Cal_code_12为第12位正确回补的校准码，Cal_code_11为第11位正确回补的校准码，以此类推，依据此种回补校准码的方法，直到高M位回补完，低L位转换时，校准DAC保持高M位回补后的最后一个状态，直到所有位转换完毕，输出校准后的转换数据。