流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差校准方法和系统

摘要

本发明公开了一种流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差校准方法，包括：输入信号在经过采样、量化之后，在第一级DAC中最后一位单位电容

说明书

技术领域

本发明涉及数模混合集成电路设计技术领域，具体而言涉及一种流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差校准方法和系统。

背景技术

流水线逐次逼近型（Pipelined-SAR）ADC通过级联多个中等分辨率的SAR ADC以流水线的方式进行工作，从而能够结合流水线型（Pipelined）ADC的高速高精度和SAR ADC的高能效优势。一方面，该架构克服了传统的Pipelined ADC中的Flash 型ADC成本随量化位数呈指数上升的缺点；另一方面，该架构采用多级中等分辨率的SAR ADC对采样信号进行多歩的粗细量化，并结合Pipeline ADC的级间余量放大的方式将前级SAR ADC的余量信号放大后传递给第二级SAR ADC量化，从而提升了ADC的整体精度。

由于Pipelined-SAR ADC具备实现高速高精度以及高能效的潜力，因此成为了近年来国内外ADC设计领域的研究热点。但是，Pipelined-SAR ADC存在级间增益误差问题，限制其性能的进一步提升。增益误差主要是由放大器输出端寄生电容、放大器的非线性以及PVT的变化导致的。当放大器的实际增益大于理想值时，放大后的部分模拟量会丢失，导致失级现象产生，当放大器的实际增益小于理想值时，经第二级SAR ADC量化后会有一部分数字码丢失，造成失码现象。为了消除增益误差带来的影响对其校准是一种低成本的方案。而传统的前台校准不能跟踪工艺、电压和温度（Process, Voltage, Temperature, PVT）变化。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差 校准方法和系统，采用不影响ADC正常工作的轮转切换校准技术将电容的顺序随机打乱，从 而将固定的误差随机化，减小ADC频谱中的谐波，使

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差校准方法，所述级间增益误差校准方法包括以下步骤：

S1，输入信号在经过采样、量化之后，在第一级DAC中最后一位单位电容

S2，在第二级DAC的对应位电容

S3，将第二级DAC的输出与第一抖动做乘法，通过若干个数据统计之后，累加求取 平均值，计算得到包含增益的

其中，采用后台校准技术求出单位电容

进一步地，步骤S2中，所述第二抖动和第一抖动的电压值相等。

进一步地，步骤S3中，采用轮转切换技术对

在第二级DAC所有单位电容中，采用轮转切换的方式，通过随机信号发生器产生一个随机序列M，使每周期电容的顺序轮转M位，每次选择单位电容的数量相同，但是选择的单位电容因为轮转变化，将固定的电容失配随机化。

进一步地，步骤S3中，计算出实际增益的过程包括以下步骤：

S31，通过理论计算得到第一级DAC的余量输出经过放大器变为：

式中，G为级间增益，

S32，

其中C

S33，将第二级DAC的输出

S34，式（3）两边乘以抖动PN得：

S35，对式（4）累加N次求平均得到：

其中，N是正整数；

根据式(5)求出实际增益G。

基于前述方法，本发明还提及一种流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差校准系统，所述级间增益误差校准系统包括第一级DAC、放大器、第二级DAC、增益误差数字校准模块、轮转切换序列生成模块、第一参数生成模块、第二参数生成模块和位权重计算模块；

所述第一参数生成模块、第一级DAC、放大器和第二级DAC依次连接，第一参数生成 模块将生成的输入信号、第一参考电压和第一抖动导入第一级DAC，输入信号在经过采样、 量化之后，在第一级DAC中最后一位单位电容

所述第二参数生成模块与第二级DAC连接，第二参数生成模块将生成的第二参考 电压和第二抖动导入第二级DAC，在第二级DAC的对应位电容

所述位权重计算模块采用后台校准技术求出单位电容

所述轮转切换序列生成模块生成轮转切换序列M，对

所述增益误差数字校准模块将第二级DAC的输出与第一抖动做乘法，通过若干个 数据统计之后，累加求取平均值，计算得到包含增益的

本发明的流水线逐次逼近ADC的级间增益误差校准方法，第一级比较结束后在

本发明的有益效果是：

本发明的流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差校准方法和系统，采用不影响ADC 正常工作的轮转切换校准技术将电容的顺序随机打乱，从而将固定的误差随机化，减小ADC 频谱中的谐波，使

附图说明

图1是本发明实施例的流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差校准系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的轮转切换校准技术原理示意图。

图3是本发明实施例的无

图4是本发明实施例的有

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明实施例提及一种流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差校准方法，该级间增益误差校准方法包括以下步骤：

S1，输入信号在经过采样、量化之后，在第一级DAC中最后一位单位电容

S2，在第二级DAC的对应位电容

S3，将第二级DAC的输出与第一抖动做乘法，通过若干个数据统计之后，累加求取 平均值，计算得到包含增益的

其中，采用后台校准技术求出单位电容

图1是本发明实施例的流水线逐次逼近型ADC的级间增益误差校准系统的结构示意图。该级间增益误差校准系统包括第一级DAC、放大器、第二级DAC、增益误差数字校准模块、轮转切换序列生成模块、第一参数生成模块、第二参数生成模块和位权重计算模块。

第一参数生成模块、第一级DAC、放大器和第二级DAC依次连接，第一参数生成模块 将生成的输入信号、第一参考电压和第一抖动导入第一级DAC，输入信号在经过采样、量化 之后，在第一级DAC中最后一位单位电容

第二参数生成模块与第二级DAC连接，第二参数生成模块将生成的第二参考电压 和第二抖动导入第二级DAC，在第二级DAC的对应位电容

位权重计算模块采用后台校准技术求出单位电容

轮转切换序列生成模块生成轮转切换序列M，对

增益误差数字校准模块内置增益误差数字校准算法，用于将第二级DAC的输出与 第一抖动做乘法，通过若干个数据统计之后，累加求取平均值，计算得到包含增益的

输入信号在经过采样、量化之后，在第一级DAC中最后一位单位电容

在第二级的DAC所有单位电容中，采用轮转切换的方式，通过随机信号发生器产生一个随机序列M，则每周期电容的顺序轮转M位，每次选择单位电容的数量相同，但是选择的单位电容因为轮转变化，从而将固定的电容失配随机化，减小ADC输出的谐波。

求实际增益的具体方法为：通过理论计算可以得到第一级的余量输出经过放大器变为：

其中G为级间增益，

其中C

第二级的输出可以表示为：

式（3）两边乘以抖动PN得：

对式（4）累加N次求平均最终可以得到：

在实际电路中，电容都是存在一定的失配的，为了求出实际增益，就必须求出

如图2所示为轮转切换校准技术的示意图，对于一个14bit的两级Pipelined-SAR ADC结构，其中第一级7bit，第二级9bit，包含两位级间冗余，第二级的参考电压设为第一级 的一半，以减小放大增益，则理论的级间增益为16。由式（2）可知，

如图3、4所示分别为本发明在MATLAB仿真的无级间增益误差校准和有级间增益误 差校准的ADC输出频谱图。设置的级间增益为16.3，两级的电容失配都被考虑进去且第一级 的电容失配已被校准，通过对比发现

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。