逐次逼近模数转换器及其数字校准方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种逐次逼近模数转换器及其数字校准方法和装置，所述逐次逼近模数转换器包括数模转换模块DAC、比较器和SAR逻辑单元，所述方法包括以下步骤：获取需要校准的电容所对应转换位的校准码，按照正常逐次逼近方式对输入的模拟信号进行转换以获得二进制转换值，计算二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和；计算二进制转换值与需要校准的电容所对应的准换位中转换值为1所对应转换位的校准码的总和之间的差值，以获得校验后的ADC的转换值。该方法可以有效校准由于寄生电容和工艺制造误差带来的电容之间的失配误差，避免因失配误差造成电容之间二倍关系不精确的问题，从而可有效提高ADC的精度。

Successive approximation analog-to-digital converter and its digital calibration method and device

The invention discloses a successive approximation analog-to-digital converter and its digital calibration method and device. The successive approximation analog-to-digital converter includes a digital-to-analog conversion module DAC, a comparator and a SAR logic unit. The method comprises the following steps: acquiring the calibration code of the conversion bits corresponding to the capacitance to be calibrated, and converting the input analog signal according to the normal successive approximation method to obtain the calibration code. The binary conversion value calculates the sum of the calibration codes whose conversion value is 1 in the binary conversion value, and the difference between the binary conversion value and the sum of the calibration codes whose conversion value is 1 in the calibration capacitance, so as to obtain the conversion value of the calibrated ADC. This method can effectively calibrate the mismatch errors between capacitors caused by parasitic capacitance and manufacturing errors, avoid the inaccurate double relationship between capacitors caused by mismatch errors, and thus effectively improve the accuracy of ADC.

【技术实现步骤摘要】
逐次逼近模数转换器及其数字校准方法和装置
本专利技术涉及模数转换
，特别涉及一种用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法、一种非临时性计算机可读存储介质、一种用于逐次逼近模数转换器的数字校准装置以及一种具有该装置的逐次逼近模数转换器。
技术介绍
作为连接模拟信号和数字信号之间的桥梁，模数转换器在集成电路和信息产业中发展迅速，电荷再分配型逐次逼近(SAR)模数转换器(ADC)以其具有中等转换精度、中等转换速度、低功耗和低成本的综合优势，得到广泛的应用。通常，SARADC主要由数模转换器(DAC)、比较器、数字控制部分和其他模拟电路组成，其核心是DAC、比较器和数字控制部分。作为电荷再分配型SARADC的关键单元之一，二进制加权电容阵列构成的数模转换器(DAC)的精度直接决定着整个模数转换器(ADC)的精度。在现有工艺情况下，各种器件以及走线的寄生电阻、寄生电容和工艺制造过程中的误差，使得DAC相邻的电容之间的二倍关系不够精确，极大的降低了ADC的精度。例如，在现有的工艺制造下，电容的最小失配率大约为0.1％，这意味着整个ADC的精度最高只能达到10位左右，为了提高ADC的精度，必须对这种由于工艺偏差带来的失配进行校准。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，可以有效校准由于寄生电容和工艺制造误差带来的电容之间的失配误差，避免因失配误差造成电容之间二倍关系不精确的问题，从而可有效提高ADC的精度。本专利技术的第二个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。本专利技术的第三个目的在于提出一种用于逐次逼近模数转换器的数字校准装置。本专利技术的第四个目的在于提出一种逐次逼近模数转换器。为实现上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，所述逐次逼近模数转换器包括数模转换模块DAC和比较器，所述DAC包括低段位部分和高段位部分，所述低段位部分和所述高段位部分均包括容值呈二倍关系递增的L个电容，且所述低段位部分的L个电容中每个电容的一端分别与补偿电容的一端、耦合电容的一端相连，所述高段位部分的L个电容中每个电容的一端与所述耦合电容的另一端相连后作为所述ADC的输出端与所述比较器的第一输入端相连，所述低段位部分的L个电容中每个电容的另一端、所述高段位部分的L个电容中每个电容的另一端及所述补偿电容的另一端分别与模拟信号输入端、电压参考端或地相连，所述比较器的第二输入端与共模电压提供端相连，所述方法包括以下步骤：获取需要校准的电容所对应转换位的校准码；按照正常逐次逼近方式对输入的模拟信号进行转换以获得二进制转换值；计算所述二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和；以及计算所述二进制转换值与所述二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和之间的差值，以获得校验后的ADC的转换值。根据本专利技术实施例的用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，先获取需要校准的电容所对应转换位的校准码，然后按照正常逐次逼近方式对输入的模拟信号进行转换以获得二进制转换值，最后计算二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和，并计算二进制转换值与二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和之间的差值，以获得校验后的ADC的转换值。该方法可以有效校准由于寄生电容和工艺制造误差带来的电容之间的失配误差，避免因失配误差造成电容之间二倍关系不精确的问题，从而可有效提高ADC的精度。根据本专利技术的一个实施例，所述获取需要校准的电容所对应转换位的校准码，包括：获取所述需要校准的电容所对应转换位中每个转换位的误差码；根据所述每个转换位的误差码获取所述需要校准的电容所对应转换位中每个转换位的校准码，其中，所述需要校准的电容所对应转换位中最低转换位的校准码等于所述最低转换位的误差码，所述需要校准的电容所对应转换位中比所述最低转换位高的转换位的校准码等于该高转换位的误差码与所述需要校准的电容所对应转换位中比该高转换位低的所有转换位的校准码的和。根据本专利技术的一个实施例，所述获取所述需要校准的电容所对应转换位中每个转换位的误差码，包括：先将所述DAC的输出端与所述共模电压提供端相连，并将比需要校准的电容所对应转换位低的转换位对应的电容的另一端与所述参考电压端相连，以及将所述需要校准的电容的另一端、比所述需要校准的电容所对应转换位高的转换位对应的电容的另一端接所述地；再将所述DAC的输出端与所述共模电压提供端断开，并将所述需要校准的电容的另一端与所述电压参考端相连，以及将除所述需要校准的电容之外的所有电容的另一端接所述地，以在所述DAC的输出端获得所述需要校准的转换位的误差电压；对所述需要校准的电容所对应转换位的误差电压进行测量以获得所述需要校准的电容所对应转换位的误差码。根据本专利技术的一个实施例，所述对所述需要校准的转换位的误差电压进行测量以获得所述需要校准的电容所对应转换位的误差码，包括：根据不需要校准的电容所对应转换位中的低几位对所述需要校准的电容所对应转换位的误差电压进行测量以获得所述需要校准的电容所对应转换位的误差码。根据本专利技术的一个实施例，在获取所述需要校准的电容所对应转换位的校准码时，需要满足以下条件：所述需要校准的电容的容值小于所有比所述需要校准的电容所对应转换位低的转换位的电容的容值之和。为实现上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法。本专利技术实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，可以有效校准由于寄生电容和工艺制造误差带来的电容之间的失配误差，避免因失配误差造成电容之间二倍关系不精确的问题，从而可有效提高ADC的精度。为实现上述目的，本专利技术第三方面实施例提出了一种用于逐次逼近模数转换器的数字校准装置，所述逐次逼近模数转换器包括数模转换模块DAC和比较器，所述DAC包括低段位部分和高段位部分，所述低段位部分和所述高段位部分均包括容值呈二倍关系递增的L个电容，且所述低段位部分的L个电容中每个电容的一端分别与补偿电容的一端、耦合电容的一端相连，所述高段位部分的L个电容中每个电容的一端与所述耦合电容的另一端相连后作为所述ADC的输出端与所述比较器的第一输入端相连，所述低段位部分的L个电容中每个电容的另一端、所述高段位部分的L个电容中每个电容的另一端及所述补偿电容的另一端分别与模拟信号输入端、电压参考端或地相连，所述比较器的第二输入端与共模电压提供端相连，所述装置包括：获取模块，用于获取需要校准的电容所对应转换位的校准码；转换模块，用于按照正常逐次逼近方式对输入的模拟信号进行转换以获得二进制转换值；计算模块，所述计算模块分别与所述转换模块和所述获取模块相连，所述计算模块用于计算所述二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和，并计算所述二进制转换值与所述二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和之间的差值，以获得校验后的ADC的转换值。根据本专利技术实施例的用于逐次逼近模数转换器的数字校准装置，通过获取模块获取需要校准的电容所对应转换位的校准码本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，其特征在于，所述逐次逼近模数转换器包括数模转换模块DAC和比较器，所述DAC包括低段位部分和高段位部分，所述低段位部分和所述高段位部分均包括容值呈二倍关系递增的L个电容，且所述低段位部分的L个电容中每个电容的一端分别与补偿电容的一端、耦合电容的一端相连，所述高段位部分的L个电容中每个电容的一端与所述耦合电容的另一端相连后作为所述ADC的输出端与所述比较器的第一输入端相连，所述低段位部分的L个电容中每个电容的另一端、所述高段位部分的L个电容中每个电容的另一端及所述补偿电容的另一端分别与模拟信号输入端、电压参考端或地相连，所述比较器的第二输入端与共模电压提供端相连，所述方法包括以下步骤：获取需要校准的电容所对应转换位的校准码；按照正常逐次逼近方式对输入的模拟信号进行转换以获得二进制转换值；计算所述二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和；以及计算所述二进制转换值与所述二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和之间的差值，以获得校验后的ADC的转换值。

【技术特征摘要】
1.一种用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，其特征在于，所述逐次逼近模数转换器包括数模转换模块DAC和比较器，所述DAC包括低段位部分和高段位部分，所述低段位部分和所述高段位部分均包括容值呈二倍关系递增的L个电容，且所述低段位部分的L个电容中每个电容的一端分别与补偿电容的一端、耦合电容的一端相连，所述高段位部分的L个电容中每个电容的一端与所述耦合电容的另一端相连后作为所述ADC的输出端与所述比较器的第一输入端相连，所述低段位部分的L个电容中每个电容的另一端、所述高段位部分的L个电容中每个电容的另一端及所述补偿电容的另一端分别与模拟信号输入端、电压参考端或地相连，所述比较器的第二输入端与共模电压提供端相连，所述方法包括以下步骤：获取需要校准的电容所对应转换位的校准码；按照正常逐次逼近方式对输入的模拟信号进行转换以获得二进制转换值；计算所述二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和；以及计算所述二进制转换值与所述二进制转换值中转换值为1所对应转换位的校准码的总和之间的差值，以获得校验后的ADC的转换值。2.如权利要求1所述的用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，其特征在于，所述获取需要校准的电容所对应转换位的校准码，包括：获取所述需要校准的电容所对应转换位中每个转换位的误差码；根据所述每个转换位的误差码获取所述需要校准的电容所对应转换位中每个转换位的校准码，其中，所述需要校准的电容所对应转换位中最低转换位的校准码等于所述最低转换位的误差码，所述需要校准的电容所对应转换位中比所述最低转换位高的转换位的校准码等于该高转换位的误差码与所述需要校准的电容所对应转换位中比该高转换位低的所有转换位的校准码的和。3.如权利要求2所述的用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，其特征在于，所述获取所述需要校准的电容所对应转换位中每个转换位的误差码，包括：先将所述DAC的输出端与所述共模电压提供端相连，并将比需要校准的电容所对应转换位低的转换位对应的电容的另一端与所述参考电压端相连，以及将所述需要校准的电容的另一端、比所述需要校准的电容所对应转换位高的转换位对应的电容的另一端接所述地；再将所述DAC的输出端与所述共模电压提供端断开，并将所述需要校准的电容的另一端与所述电压参考端相连，以及将除所述需要校准的电容之外的所有电容的另一端接所述地，以在所述DAC的输出端获得所述需要校准的电容所对应转换位的误差电压；对所述需要校准的电容所对应转换位的误差电压进行测量以获得所述需要校准的电容所对应转换位的误差码。4.如权利要求3所述的用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，其特征在于，所述对所述需要校准的电容所对应转换位的误差电压进行测量以获得所述需要校准的电容所对应转换位的误差码，包括：根据不需要校准的电容所对应转换位中的低几位对所述需要校准的电容所对应转换位的误差电压进行测量，以获得所述需要校准的电容所对应转换位的误差码。5.如权利要求2-4中任一项所述的用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法，其特征在于，在获取所述需要校准的电容所对应转换位的校准码时，需要满足以下条件：所述需要校准的电容的容值小于所有比所述需要校准的电容所对应转换位低的转换位的电容的容值之和。6.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的用于逐次逼近模数转换器的数字校准方法。7.一种用于逐次逼近模数转换器的数字校准装置，其特征在于，所述逐次逼近模数转...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈胜胜，李奇峰，杨云，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44