开关电容器模数转换器及其操作方法技术

公开了一种开关电容器模数转换器(ADC)和操作开关电容器ADC的方法。该开关电容器ADC包括：主数模转换器(DAC)电路；比较器，其耦接至主DAC电路，并且被配置成确定到比较器的输入是否超过预定阈值；以及耦接至主DAC电路的补充DAC电路，其中，开关电容器ADC被配置成以第一模式或第二模式中至少之一工作，其中，在用于测量开关电容器ADC的偏移的第一模式下，补充DAC电路被配置成将主DAC电路的输出端处的电压移位具有第一极性的第一值，并且其中，在用于测量开关电容器ADC的满量程增益误差的第二模式下，补充DAC电路被配置成将主DAC电路的输出端处的电压移位具有与第一极性相反的第二极性的第二值。二极性的第二值。二极性的第二值。

【技术实现步骤摘要】
开关电容器模数转换器及其操作方法


[0001]本专利技术总体上涉及模数转换器(ADC)，并且在特定的实施方式中，涉及具有内置的补充数模转换器(DAC)的ADC，该补充模数转换器将直流(DC)转换曲线进行移位以促进对ADC的偏移(offset)和增益误差(例如，满量程增益误差)的测量。

技术介绍

[0002]模数转换器(ADC)广泛用于电子系统中，以将诸如电压或电流之类的模拟信号转换成数字信号，以在数字系统中进行处理。可以使用各种类型的ADC，例如直接转换ADC、逐次逼近型ADC(SARADC)、sigma
‑
delta ADC等。
[0003]在制造之后，对ADC进行测试以验证其功能并验证ADC参数是否在目标规格之内。通常使用自动测试设备(ATE)对ADC器件进行测试，以减少测试时间。对于低成本ADC器件，测试时间是确定器件制造成本的主要因素。为了测试高精度ADC，当前的ADC测试过程通常需要高精度测试设备和较长的测试/计算时间。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的实施方式，一种开关电容器模数转换器(ADC)包括：主数模转换器(DAC)电路，其具有输出；比较器，其具有耦接至主DAC电路的输出的输入，该比较器被配置为确定到比较器的输入是否超过预定阈值；以及耦接至主DAC电路的补充DAC电路，其中，开关电容器ADC被配置为以第一模式或第二模式中的至少之一工作，其中，在用于以零电压输入来测量开关电容器ADC的偏移的第一模式下，补充DAC电路被配置为将主DAC电路的输出处的电压移位具有第一极性的第一值，并且其中，在用于以满量程输入电压来测量开关电容器ADC的满量程增益误差的第二模式下，补充DAC电路被配置为将主DAC电路的输出处的电压移位具有与第一极性相反的第二极性的第二值。
[0005]根据本专利技术的实施方式，一种开关电容器模数转换器(ADC)包括：主数模转换器(DAC)电路，其具有输出；比较器，其耦接至主DAC电路的输出；以及补充DAC电路。所述补充DAC电路包括：至少一个补充电容器，其中，所述至少一个补充电容器的第一端子耦接至所述主DAC电路的输出；第一开关，其耦接在所述至少一个补充电容器的第二端子与开关电容器ADC的第一参考电压端子之间；以及第二开关，其耦接在所述至少一个补充电容器的第二端子与开关电容器ADC的第二参考电压端子之间。
[0006]根据本专利技术的实施方式，一种操作开关电容器模数转换器(ADC)的方法包括以下中至少之一：在以零输入电压来测量开关电容器ADC的偏移期间，将开关电容器ADC的DC转换曲线沿第一方向移位预定值；以及在以满量程电压输入来测量开关电容器ADC的满量程增益误差期间，将开关电容器ADC的DC转换曲线沿与第一方向相反的第二方向移位预定值。
附图说明
[0007]为了更全面地理解本专利技术及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：
[0008]图1示出了实施方式中的三个DC转换曲线；
[0009]图2A是实施方式中的ADC的框图；
[0010]图2B是实施方式中的图2A中的ADC的详细框图；
[0011]图3A和图3B分别示出了实施方式中的图2B的ADC的正常工作模式的采样阶段和转换阶段；
[0012]图4A和图4B分别示出了实施方式中的图2B的ADC的修改的过零模式的采样阶段和转换阶段；
[0013]图5A和图5B分别示出了实施方式中的图2B的ADC的修改的过(crossing)满量程模式的采样阶段和转换阶段；
[0014]图6示出了实施方式中的可重新配置电容器；以及
[0015]图7示出了实施方式中的操作ADC器件的方法的流程图。
具体实施方式
[0016]下面详细讨论当前公开的实施方式的实施和使用。然而，应当理解，本专利技术提供了许多可应用的专利技术构思，其可以在各种各样的特定环境中体现。所讨论的特定实施方式仅说明实施和使用本专利技术的特定方式，并且不限制本专利技术的范围。
[0017]将在特定上下文中相对于示例实施方式来描述本专利技术，即具有内置的补充DAC电路的ADC，该内置的补充DAC电路分别向上和向下移位DC转换曲线，以有助于简单并快速地测量ADC的偏移和满量程增益误差。
[0018]在本专利技术的实施方式中，ADC包括：主DAC电路、耦接至主DAC电路的输出的比较器、以及耦接至主DAC电路的补充DAC电路。在正常工作模式下，补充DAC电路被停用。在以零电压输入来测量ADC的偏移期间，补充DAC电路被激活，以将ADC的DC转换曲线向上移位预定值，从而为负偏移和正偏移留有余地以用零电压输入进行测量。在以满量程输入来测量ADC的满量程增益误差期间，补充DAC电路被激活，以将ADC的DC转换曲线向下移位预定值，从而为负偏移和正偏移留有余地以用满量程输入电压进行测量。
[0019]线性斜坡测试通常用于测量ADC(也称为ADC器件)的满量程增益误差和偏移。在线性斜坡测试中，使用自动测试设备(ATE)来生成高精度斜坡信号。通常，在ATE上安装附加硬件，以提供精确的模拟源来生成高精度斜坡信号。斜坡信号被施加至ADC的输入，并且来自ADC的数字结果被存储在直方图中。直方图的数学后处理可以提供各种ADC参数，例如积分非线性(INL)、差分非线性(DNL)、满量程增益误差和偏移。
[0020]虽然理想的斜坡信号是线性信号(例如，倾斜线)，但实际上，由测试设备生成的斜坡信号可以是阶梯函数(例如，沿着倾斜线的阶梯)，其中每个阶梯具有低于LSB的高度(例如，电压电平)。在本文的整个讨论中，当用于表示电压电平时，LSB表示与ADC输出的LSB对应的模拟电压电平。例如，对于12位ADC和满量程输入电压V
AREF
(例如，产生4095的满量程ADC输出的电压)，LSB电压可以被计算为Varef/4096。
[0021]由于非理想的斜坡信号(例如，阶梯函数)，线性斜坡测试需要针对每个斜坡步骤进行若干次转换以实现噪声抑制，这导致更长的测试时间。例如，对于步长为1/4LSB的10位ADC，如果每一步转换30次，则将需要1024 x 4 x 30次转换，这不仅需要较长的测量时间，而且需要ATE上的高精度模拟源仪器。本公开内容公开了一种ADC，其允许简单且快速地测
量ADC的满量程增益误差和偏移，而无需高精度测试设备。下文讨论细节。
[0022]图1示出了实施方式中的三个DC转换曲线。图1中的曲线20示出了理想的DC转换曲线，其示出了ADC的输入模拟电压(以LSB伏为单位)与输出之间的理想关系。ADC的输出是多位数字输出(例如，用于12位ADC的12位输出)，也被称为ADC的输出码或ADC输出码。如图1所示，曲线20是线性线使得输入电压为零将导致ADC输出码为零，输入电压为1LSB伏将导致ADC输出码为1，依此类推。
[0023]ADC的偏移(也可以称为偏移误差)和满量程增益误差可以分别测量为过零点和过满量程(FS)点。为了测量ADC的偏移，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关电容器模数转换器ADC，包括：主数模转换器DAC电路，其具有输出端；以及耦接至所述主DAC电路的补充DAC电路，其中，所述开关电容器ADC被配置成以第一模式和第二模式中至少之一工作，其中，在用于以零电压输入来测量所述开关电容器ADC的偏移的所述第一模式下，所述补充DAC电路被配置成将所述主DAC电路的输出端处的电压移位具有第一极性的第一值，并且其中，在用于以满量程输入电压来测量所述开关电容器ADC的满量程增益误差的所述第二模式下，所述补充DAC电路被配置成将所述主DAC电路的输出端处的电压移位具有与所述第一极性相反的第二极性的第二值。2.根据权利要求1所述的开关电容器ADC，其中，所述补充DAC电路被配置成在用于测量所述开关电容器ADC的输入电压的正常工作模式下被停用。3.根据权利要求1所述的开关电容器ADC，其中，所述第一值的大小与所述第二值的大小相同。4.根据权利要求1所述的开关电容器ADC，其中，所述补充DAC电路包括至少一个补充电容器。5.根据权利要求4所述的开关电容器ADC，其中，所述主DAC电路包括至少一个电容器，并且其中，所述至少一个补充电容器的电容等于所述主DAC电路的所述至少一个电容器的电容。6.根据权利要求4所述的开关电容器ADC，其中，所述至少一个补充电容器的电容是能够重新配置的。7.根据权利要求4所述的开关电容器ADC，其中，所述至少一个补充电容器的第一端子耦接至所述主DAC电路的输出端，并且所述至少一个补充电容器的第二端子耦接至第一节点，其中，所述开关电容器ADC还包括：在所述第一节点与所述开关电容器ADC的第一参考电压输入端子之间的第一开关；以及在所述第一节点与所述开关电容器ADC的第二参考电压输入端子之间的第二开关。8.根据权利要求7所述的开关电容器ADC，其中，所述第一参考电压输入端子被配置成耦接至所述开关电容器ADC的正参考电压，并且所述第二参考电压输入端子被配置成耦接至电气地电压或耦接至所述开关电容器ADC的负参考电压。9.根据权利要求1所述的开关电容器ADC，其中，所述开关电容器ADC是逐次逼近型ADC，其中，所述主DAC电路包括电容器阵列，其中，每个电容器对应于所述逐次逼近型ADC的输出码中的相应位，其中，所述电容器阵列中的第n个电容器的电容C
n
为2
(n
‑
1)
×
C，其中n＝1，2，...，N，其中N是所述逐次逼近型ADC的输出码中的总位数，并且C为预定电容值。10.根据权利要求7或8所述的开关电容器ADC，其中，所述开关电容器ADC被配置成：基于在所述第一参考电压输入端子处接收的第一参考电压并基于在所述第二参考电压输入端子处接收的第二参考电压来确定所述开关电容器ADC的偏移和满量程增益误差中的至少之一。11.根据权利要求1所述的开关电容器ADC，其中，所述开关电容器ADC被配置成在测试模式和正常工作模式中的至少之一期间确定所述偏移和所述满量程增益误差中的至少之
一。12.一种开关电容器模数转换器ADC，包括：主数模转换器DAC电路，其具有输出端；以及耦接至所述主DAC电路的补充DAC电路，其中，所述补充DAC电路被配置成：在以零电压输入来测量所述开关电容器ADC的偏移期间，将所述开关电容器ADC的直流转换曲线沿第一方向移位预定值，以及在以满量程电压输入来测量所述开关电容器ADC的满量程增益误差期间，将所述开关电容器ADC的直流转换曲线沿与所述第一方向相反的第二方向移位所述预定值。13.一种开关电容器模数转换器ADC，包括：主数模转换器DAC电路，其具有输出端；以及补充DAC电路，其包括：至少一个补充电容器，其中，所述至少一个补充电容器的第一端子耦接至所述主DAC电路的输出端；第一开关，其耦接在所述至少一个补充电容器的第二端子与所述开关电容器ADC的第一参考电压端子之间；以及第二开关，其耦接在所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：