逐次逼近模数转换器系统技术方案

本发明专利技术提供了一种逐次逼近模数转换器系统。该逐次逼近模数转换器系统中，模数转换器阵列采用分组设计，并采用链式循环的估计方法，可以消除单通道SAR ADC本身的电容失配，SAR ADC阵列之间的增益失配和失调电压失配等非理想因素引入的非线性，能够快速高效的完成模数转换器阵列的校准，大大降低了设计复杂度并降低了功耗。

【技术实现步骤摘要】
逐次逼近模数转换器系统
本专利技术涉及电子行业电子元器件
，尤其涉及一种逐次逼近模数转换器(SARADC)系统。
技术介绍
模数转换器是信号处理过程中模拟电路与数字电路的接口电路。其中SARADC因为适合于工艺尺寸缩小，结构简单，是近年来非常受欢迎的结构。在中等精度的阵列传感器中，它也因此得到了广泛应用。然而在阵列模数转换器中，失配导致了严重的非线性。除了电容失配引起的单通道模数转换器本身的非线性，通道之间的增益失配，失调电压失配等，更进一步地限制了阵列模数转换器的线性度。近年来，冗余概念及LMS滤波器的引入为校准SARADC提供了新的思路，在相应的辅助电路的支持下，这些技术已经在单通道及时间交织SARADC的校准中得到了应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种逐次逼近模数转换器系统，以消除单通道SARADC本身的电容失配，SARADC阵列之间的增益失配和失调电压失配等非理想因素引入的非线性。(二)技术方案本专利技术逐次逼近模数转换器系统包括：寄存器单元，用于存储失配参数矩阵，其中，该失配参数矩阵为2×Z的矩阵；逐次逼近模数转换器阵列，其包括2Z个模数转换器，该2Z个模数转换器分为两组-组M和组N，每组包含Z个模数转换器，其中，相邻的两模数转换器分属不同的组，同一组的模数转换器采用相同的电容设计，不同组的模数转换器采用不同的电容设计，在一个信号周期内，该逐次逼近模数转换器阵列中的每一个模数转换器分别对输入模拟信号进行初步量化，得到0-1码向量；以及LMS滤波器组，连接于所述逐次逼近模数转换器阵列和寄存器单元，其在所述信号周期中执行以下操作，对寄存器内的失配参数矩阵的各个元素进行更新：依次接收两相邻的属于不同组的模数转换器输出的0-1码向量，完成失配参数矩阵中该两模数转换器对应的参数向量的估计，在执行完所述信号周期后，完成对失配参数矩阵的一次估计与更新。其中，所述逐次逼近模数转换器阵列中的模数转换器均为逐次逼近模数转换器。(三)有益效果本专利技术逐次逼近模数转换器系统中，模数转换器阵列采用分组设计，并采用链式循环的估计方法，能够快速高效的完成模数转换器阵列的校准，大大降低了设计复杂度并降低了功耗。附图说明图1为根据本专利技术实施例逐次逼近模数转换器系统的结构示意图；图2为本实施例逐次逼近模数转换器系统中模数转换器阵列中一模数转换器的示意图；图3为图1逐次逼近模数转换器系统中LMS滤波器组进行失配参数校正的示意图；图4为LMS滤波器进行失配参数校正的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。本专利技术逐次逼近模数转换器系统中，模数转换器阵列采用分组设计，采用链式循环的估计方法进行模数转换器阵列的校准。具体来讲：(1)模数转换器阵列中模数转换器内的电容阵列：C＝(CMSB，CMSB-1，......C2，C1，C0)满足以下条件：1、对于i∈{1，2，......，MSB-1，MSB}，满足2、3、MSB＞log2c其中，式1是模数转换器具有良好微分非线性(DNL)的充分条件。Ci表示第i个电容的电容值，c是电容总面积(大小)，在设计时结合系统的噪声等指标给定。理论上，基于式1、式2、式3的约束条件对电容阵列C有不同的解，而且基于每个解设计的电容阵列有相同的分辨率。模数转换器阵列采用分组设计是指：在模数转换器阵列中，相同组的模数转换器的电容阵列采用相同的C设计，不同组采用不同的C设计。(2)采用链式循环的估计方法进行模数转换器阵列的校准是指：将不同组的模数转换器采样量化相同输入信号的输出结果，输入LMS(leastmeansquare)滤波器组，链式循环估计模数转换器阵列的失配参数；当失配参数收敛到一定精度，校准结束。以下采用多个实施例对本专利技术逐次逼近模数转换器系统进行详细说明。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种逐次逼近模数转换器系统。图1为根据本专利技术实施例逐次逼近模数转换器系统的结构示意图。如图1所示，本实施例逐次逼近模数转换器系统包括：寄存器单元、逐次逼近模数转换器(SARADC)阵列、LMS滤波器组和输出电路及控制模块。以下分别对本实施例逐次逼近模数转换器系统的各个组成部分进行详细说明。请参照图1，逐次逼近模数转换器(SARADC)阵列，其包括4个模数转换器，该4个模数转换器被分为两组-组M和组N，每组包含2个模数转换器。该4个模数转换器分别被标记为：ADC-M0、ADC-N0、ADC-M1、ADC-N1。其中，同一组中的模数转换器采用相同的电容设计，即采用相同的DAC设计。在一个信号周期内，该逐次逼近模数转换器(SARADC)阵列中的每一个模数转换器分别对输入模拟信号进行初步量化，得到0-1码向量。图2为本实施例逐次逼近模数转换器系统中模数转换器阵列中一模数转换器的示意图。如图2所示，该模数转换器包括：DAC电容序列，在ADC的采样阶段作为采样保持电路对模拟信号进行采样，在逐次逼近阶段提供合适的参考电平以完成模拟信号的量化；开关网络，通过控制DAC电容序列中电容的连接方式以控制逐次逼近过程中的进程；比较器，连接于DAC电容阵列的后端，用于完成每次比较并得到一位二进制输出结果(“0”或“1”)；输出控制电路，用于控制模数转换器有序准确地工作。请参照图2，设MSB＝6。如上所述，对于组M和组N，同一组的模数转换器采用相同的电容设计，不同组的模数转换器采用不同的电容设计。对于组M中的每一个模数转换器，其包括7个电容。以LSB位电容为单位电容的情况下，该7个电容的电容值组成的向量为：CM＝(11，7，7，3，2，1，1)＝(10+1，7，6+1，3，2，1，1)对于组N中的每一个模数转换器，其包括7个电容。以LSB位电容为单位电容的情况下，该7个电容的电容值组成的向量为：CN＝(10，8，6，4，2，1，1)＝(10，7+1，6，3+1，2，1，1)需要说明的是，此处仅给出了一种特定的电容组合，本领域技术人员还可以根据实际情况，选用其他的满足式1-式3的其他电容组合，而不应局限于本实施例中的7个电容，同样能够实现本专利技术，此处不再详述。此外，设工艺中电容值的大小满足正态分布，且标准差为LSB电容值的10％，其它电容的分布满足中心极限定理。如图1所示，相同的输入测试信号通过2×2的SARADC阵列(ADC-M0，ADC-N0，ADC-M1，ADC-N1)量化，每个模数转换器得到相应的6维输出0-1码向量。四个模数转换器得到的6维0-1码向量-DM0，DN0，DM1，DN1。考虑到存在失调电压，逐次逼近模数转换器阵列在每个向量最后增加一维，且赋值为1(失调电压一直存在)，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逐次逼近模数转换器系统，其特征在于，包括：寄存器单元，用于存储失配参数矩阵，其中，该失配参数矩阵为2×Z的矩阵；逐次逼近模数转换器阵列，其包括2Z个模数转换器，该2Z个模数转换器分为两组‑组M和组N，每组包含Z个模数转换器，其中，相邻的两模数转换器分属不同的组，同一组的模数转换器采用相同的电容设计，不同组的模数转换器采用不同的电容设计，在一个信号周期内，该逐次逼近模数转换器阵列中的每一个模数转换器分别对输入模拟信号进行初步量化，得到0‑1码向量；以及LMS滤波器组，连接于所述逐次逼近模数转换器阵列和寄存器单元，其在所述信号周期中执行以下操作，对寄存器内的失配参数矩阵的各个元素进行更新：依次接收两相邻的属于不同组的模数转换器输出的0‑1码向量，完成失配参数矩阵中该两模数转换器对应的参数向量的估计，在执行完所述信号周期后，完成对失配参数矩阵的一次估计与更新；其中，所述逐次逼近模数转换器阵列中的模数转换器均为逐次逼近模数转换器。

【技术特征摘要】
1.一种逐次逼近模数转换器系统，其特征在于，包括：寄存器单元，用于存储失配参数矩阵，其中，该失配参数矩阵为2×Z的矩阵；逐次逼近模数转换器阵列，其包括2Z个模数转换器，该2Z个模数转换器分为两组-组M和组N，每组包含Z个模数转换器，其中，相邻的两模数转换器分属不同的组，同一组的模数转换器采用相同的电容设计，不同组的模数转换器采用不同的电容设计，在一个信号周期内，该逐次逼近模数转换器阵列中的每一个模数转换器分别对输入模拟信号进行初步量化，得到0-1码向量；以及LMS滤波器组，连接于所述逐次逼近模数转换器阵列和寄存器单元，其在所述信号周期中执行以下操作，对寄存器内的失配参数矩阵的各个元素进行更新：依次接收两相邻的属于不同组的模数转换器输出的0-1码向量，完成失配参数矩阵中该两模数转换器对应的参数向量的估计，在执行完所述信号周期后，完成对失配参数矩阵的一次估计与更新；其中，所述逐次逼近模数转换器阵列中的模数转换器均为逐次逼近模数转换器；其中，所述逐次逼近模数转换器阵列中的2Z个模数转换器依次为：ADC-M0,ADC-N0,……,ADC-Mi,ADC-Ni,……,ADC-Mz-1,ADC-Nz-1；ADC-Mi,ADC-Ni分别为逐次逼近模数转换器阵列组M和组N中的第i个模数转换器；所述ADC-Nz-1与ADC-M0视为相邻模数转换器；其中，所述模数转换器输出MSB维的0-1码向量；所述逐次逼近模数转换器阵列在该MSB维的0-1码向量的最后增加一维，且赋值为1，并将该MSB+1维的0-1码向量输入至LMS滤波器组；其中，所述LMS滤波器组依次接收两相邻的属于不同组的模数转换器输出的0-1码向量，按照以下方式完成失配参数矩阵中该两模数转换器对应的参数向量的估计：子步骤A1：计算误差函数e＝D‘Mp·WMp-D‘Nq·WNq；子步骤A2：更新寄存器中存储的参数向量：WMp＝WMp-u·e·(D‘Mp-D‘Nq)WNq＝WNq+u·e·(D‘Mp-D‘Nq)其中，D‘Mp为组M中第p个模数...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚兵兵，刘力源，刘剑，吴南健，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11