【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子电路，具体涉及一种基于电容失配随机化非线性消除技术的高精度sar adc。
技术介绍
1、随着现代电子通信技术的飞速发展，人们对低功率仪表、便携式医学成像设备等电子设备的需求也在快速增加。模数转换器(adc)作为连接真实的模拟世界与虚拟的数字世界的桥梁，其性能的优劣直接决定着整个电子系统性能的好坏。adc将时间和幅度连续的模拟信号转换为对应的离散的数字信号，便于后续信息的处理、存储和传输。实现低功耗、高速、高精度的adc成为了当前设计的主要趋势。
2、逐次逼近型模数转换器(sar adc)结构简单，功耗较低，且随着cmos工艺的不断进步，晶体管尺寸越来越小，速度显著增加，sar adc逐渐成为了中高精度中等速度adc的主流架构。但电容阵列的非理想因素，如电容失配等会对整体adc的线性度有较大影响，成为影响sar adc实现更高精度的重要因素。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于电容失配随机化非线性消除技术的高精度sar adc。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、一种基于电容失配随机化非线性消除技术的高精度sar adc，包括：
3、采样开关电路模块、cdac阵列模块、比较器模块、sar逻辑模块和数字权重平均逻辑模块；所述cdac阵列模块包括：p端电容阵列和n端电容阵列；所述cdac阵列模块的高m位电容被预先拆分为：所述高m位电容中每一位对应的权重系数之和个单位电容和1
4、所述sar adc的工作过程包括：
5、采样阶段：所述采样开关电路模块通过底极板采样技术，将输入信号采样到所述cdac阵列模块的顶极板，作为采样信号输出；
6、第一量化阶段：所述比较器模块通过所述高m位电容和冗余位电容中的每一位，对所述采样信号进行量化，得到该位对应的二进制码，所述sar逻辑模块根据该位对应的二进制码，控制该位相应电容的底极板进行切换；其中，若该位为所述高m位电容之一，该位相应电容为该位拆分得到的单位电容，否则该位相应电容为所述冗余位电容，最终得到位数为m+1的、量化后的高m位的二进制码，并发送至所述数字权重平均逻辑模块；
7、第二量化阶段：所述数字权重平均逻辑模块将所述高m位的二进制码转化为温度计码，利用内部的dwa指针随机指向第z个单位电容，根据所述温度计码，选取以所述第z个单位电容为起始电容的2m个单位电容进行切换；
8、第三量化阶段：对所述sar adc的剩余位数进行量化，得到所述sar adc的完整的量化码；
9、其中，三个量化阶段组成一个量化周期；在后量化周期中第二量化阶段所选取的起始电容根据预设关系重新选取。
10、在本专利技术的一个实施例中，高m位电容中每一位对应的权重系数为：2i-1；其中，i表示所述高m位电容中当前位的位号，i为1～m之间的整数；所述冗余位电容的权重系数为1。
11、在本专利技术的一个实施例中，采样开关电路模块通过底极板采样技术，将输入信号采样到所述cdac阵列模块的顶极板，作为采样信号输出的工作过程包括：
12、所述采样开关电路模块将输入信号接到所述cdac阵列的底极板，将共模电压vcm接到所述cdac阵列的顶极板，经过一段时间后，先断开接入所述cadc阵列的顶极板的共模电压vcm，此时所述顶极板处于悬空状态，然后将所述cadc阵列的底极板的输入信号断开，改接为所述共模电压vcm；根据电荷守恒定律，此时所述cdac的顶极板上的电压会变为所述输入信号的反向信号，完成采样，并将所述cdac的顶极板上的电压作为采样信号输出。
13、在本专利技术的一个实施例中，比较器模块通过所述高m位电容和冗余位电容中的每一位，对所述采样信号进行量化，得到该位对应的二进制码，包括：
14、当所述比较器模块的正向输入端的输入电压vp>负向输入端的输入电压vn时，得到当前位对应的二进制码为1；
15、当所述比较器模块的正向输入端的输入电压vp<负向输入端的输入电压vn时，得到当前位对应的二进制码为0；
16、其中，所述比较器模块的正向输入端的输入电压vp为所述cdac的p端顶极板上的电压，负向输入端的输入电压vn为所述cdac的n端顶极板上的电压。
17、在本专利技术的一个实施例中，根据所述温度计码，选取以所述第z个单位电容为起始电容的2m个单位电容进行切换，包括：
18、当x+z-1≤2m时，将第z～第x+z-1个p端单位电容的底极板切换至gnd，将剩余y个p端单位电容的底极板切换至vref，将第z～第x+z-1个n端单位电容的底极板切换至vref，将剩余y个n端单位电容的底极板切换至gnd；其中，x＝所述量化后的高m位的二进制码中，每一位的二进制码与自身对应的权重系数相乘，再求和得到的结果＝所述温度计码中1的个数；y＝2m-x。
19、在本专利技术的一个实施例中，根据所述温度计码，选取以所述第z个单位电容为起始电容的2m个单位电容进行切换，还包括：
20、当x+z-1>2m时，将第z个～第2m个p端单位电容和第1个～第x+z-2m-1个p端单位电容的底极板切换至gnd，将剩余y个p端单位电容的底极板切换至vref，将第z个～第2m个n端单位电容和第1个～第x+z-2m-1个n端单位电容的底极板切换至vref，剩余y个n端单位电容的底极板切换至gnd。
21、在本专利技术的一个实施例中，预设关系包括：
22、上一个量化周期中的第二量化阶段所选取的最后一个单位电容的下一个单位电容，为下一个量化周期中的第二量化阶段所选取的首个单位电容。
23、在本专利技术的一个实施例中，比较器模块包括：预放大器和锁存器；所述预放大器实现对所述比较器模块的输入端差分电压的放大，所述锁存器将放大后的电压通过正反馈结构锁存并输出给所述sar逻辑模块。
24、本专利技术的有益效果：
25、本专利技术实施例所提供的方案中，通过权重系数对cdac阵列模块的高m位电容进行拆分，得到每一位对应的单位电容的个数，且容值为冗余位电容的后，通过数字权重平均逻辑模块输出的温度计码控制高m位电容阵列进行重新切换。经过大量周期的量化之后，每一位权重电容的失配被平均到了每一次量化中，使各个权重电容的失配随机化，改善adc系统的非线性，提高sar adc的无杂散动态范围，实现对输出信号的一阶整形，以改善电容阵列中高位电容失配导致的非线性问题。
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1.一种基于电容失配随机化非线性消除技术的高精度SAR ADC，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于电容失配随机化非线性消除技术的高精度SAR ADC，其特征在于，所述高M位电容中每一位对应的权重系数为：2i-1；其中，i表示所述高M位电容中当前位的位号，i为1～M之间的整数；所述冗余位电容的权重系数为1。
3.根据权利要求1所述的一种基于电容失配随机化非线性消除技术的高精度SAR ADC，其特征在于，所述采样开关电路模块通过底极板采样技术，将输入信号采样到所述CDAC阵列模块的顶极板，作为采样信号输出的工作过程包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于电容失配随机化非线性消除技术的高精度SAR ADC，其特征在于，所述比较器模块通过所述高M位电容和冗余位电容中的每一位，对所述采样信号进行量化，得到该位对应的二进制码，包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于电容失配随机化非线性消除技术的高精度SAR ADC，其特征在于，所述根据所述温度计码，选取以所述第Z个单位电容为起始电容的2M个单位电容进行切换，包括：
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