一种ＦＰＡＡ失调数字自动校准方法技术

本发明专利技术公开了一种ＦＰＡＡ失调数字自动校准方法，（１）将ＦＰＡＡ失调自校准主控模块和若干个相同的ＣＡＢ子失调自校准模块互联；（２）由ＦＰＡＡ失调自校准主控模块提供统一的控制信号，用于控制各ＣＡＢ块的自校准过程；各个ＣＡＢ块之间的校准进程是并行工作的；（３）每个ＣＡＢ块完成自校准后，向ＦＰＡＡ失调自校准主控模块反馈校准完成信号；（４）当所有ＣＡＢ块完成自校准后，失调自校准主控制模块向ＦＰＡＡ系统发出完成信号，同时ＦＰＡＡ失调自校准所有模块停止工作。采用本发明专利技术实现的ＦＰＡＡ失调自校准结构的校准精度可达０．２ｍＶ；该方法不仅可以校正ＦＰＡＡ电路因器件失配、工艺偏差引起的失调，还可以校准ＦＰＡＡ电路因时间或温度因素引起的失调；同时，由于所有ＣＡＢ块之间的校准进程是并行工作的，所以该方法有效的提高了ＦＰＡＡ失调自校准效率。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及半导体集成电路，具体涉及用于FPAA(Field-programmable analog arrays)的失调数字自动校准方法。
技术介绍
：现场可编程模拟阵列FPAA(Field Programmable Analog Array)器件是一类新型集成电路。该电路属于模拟电路，即电路的输入、输出以及器件内部的状态均为时间连续变化，且幅值未经过量化的模拟信号，同时，它又同可编程逻辑器件一样，可由用户通过现场编程和软件来改变其内部连接和元件参数，从而获得所需要的电路功能。FPAA的基本结构(图1)一般是以可配置模拟模块(Configurable Analog Block，CAB)和可配置互连网络(Configurable Interconnect Network，CIN)为核心，配合配置存储器，输入/输出模块(I/O Block)等共同构成。可配置模拟模块CAB作为FPAA的核心部分，用于实现模拟电路的主要功能，一般由运算放大器、可编程开关阵列、可编程电容阵列以及可编程电阻阵列等构成。FPAA作为一种可编程高精度模拟电路，CAB模块中的运放失调是影响其精度的主要因素。失调校准技术是FPAA的关键技术之一。由于FPAA实质上可认为是以运放为核心的CAB块的阵列，因此，运放失调的校准方法原则上均可以用在FPAA的失调校准上。目前常见的有主要有自动归零(Auto-Zeroing，AZ)和斩波校准(Chopper Stabilization，CHS)技术。自动归零方法在原理上是基于采样技术实现。电路中需要有两种不同相位的控制时钟：采样时钟和信号处理时钟。由于MOS开关PN结和亚阈值漏电，补偿电容上的电荷会逐渐泄放，从而使得电容的失调补偿会与实际失调产生偏差，因此这种电路需要定期的时钟刷新来为电容更新数值。对于基于连续时间技术实现的FPAA电路来说，中断一个Δt的时间用于校准电容的刷新是困难的。斩波技术被广泛应用于放大器的失调校准和消除l/f噪声方面，校准原理是基于调制技术。斩波校准时要有方波信号施加在放大器两端，还要有滤波电路连接在信号处理的主通路上，这必然会影响FPAA系统的性能。
技术实现思路
：鉴于自动归零(Auto-Zeroing，AZ)和斩波校准(Chopper Stabilization，CHS)技术用于校准FPAA的失调均存在不足之处，本专利技术提出了适用于FPAA的失调数字自动校准方法。本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种FPAA失调数字自动校准方法，(1)将FPAA失调自校准主控模块和若干个相同的CAB子失调自校准模块互联；(2)由FPAA失调自校准主控模块提供统一的控制信号，用于控制各CAB块的自校-->准过程；各个CAB块之间的校准进程是并行工作的；(3)每个CAB块完成自校准后，向FPAA失调自校准主控模块反馈校准完成信号；(4)当所有CAB块完成自校准后，失调自校准主控制模块向FPAA系统发出完成信号，同时FPAA失调自校准所有模块停止工作。所述FPAA失调自校准主控模块包括上电自启动模块、时钟产生模块和全局校准控制逻辑模块；所示的FPAA失调自校准主控模块的时钟产生模块提供全局校准时钟，由全局校准控制逻辑模块发出全局校准控制信号，启动所有CAB模块进行失调校准。所述CAB失调自校准模块包括开关模块、比较器采样模块、采样数据保持模块、逐次逼近比较逻辑模块、控制逻辑模块和电流型D/A转换器模块；所述CAB模块的两个输入端接到共模电压VREF上；则CAB块前级中所有的失调电压最终加在CAB输出级运放的输入端；失调电压转换成失调电流，再由由控制逻辑控制开关，利用电容将电流转换为可被比较器采样的电压。经过比较器采样后的数据由采样数据保持模块保持；然后该采样数据经过逐次逼近比较逻辑模块的处理后得到电流型D/A控制信号；经电流型D/A模块转换后得到的电流I+和I-分别叠加在CAB的输出级放大器的第一级输出上，从而抵消部分输入失调的影响；然后在继续重复以上校准过程，直到把失调校准在指标范围内开关模块中的两个电容用于转换、保持失调信号；电容的下极板接一个变换电路，当进行校准操作时，电容下极板接地；校准完成后，为不影响电路性能，开关电路会将两个电容的下极板接参考电压。本专利技术提出的FPAA失调数字自动校准方法是根据FPAA的结构特点提出的，包括FPAA失调自校准主控模块和CAB子失调自校准模块。由FPAA失调自校准主控模块提供统一的控制信号，用于控制各CAB块的失调校准进程；各个CAB块之间的校准进程是并行工作的；每个CAB块完成自校准后，向主控模块反馈校准完成信号；当所有CAB块完成自校准后，失调自校准主控制模块向FPAA系统发出完成信号，FPAA失调自校准所有模块停止工作。该自校准算法每次上电均自动运行或随时由外部控制信号控制进行自校准，不影响电路正常功能。因为所有CAB块之间的校准进程是并行工作的，且校准进程是类似的。现以其中一个CAB块校准为例，说明单CAB块的自校准过程。当FPAA进行失调自动校准时，CAB块的两个输入端接到共模电压VREF上。则CAB块中前级所有的失调电压(包括器件因器件失配、工艺偏差引起的失调；因时间或温度因素引起的失调)最终加在输出运放的输入端。失调电压转换成失调电流，再由电容转换为可被比较器采样的电压。经过比较器比较后的值由保持电路保持，然后经过逐次逼近比较后得到D/A控制信号，经电流型D/A转换后得到的电流I+和I-分别叠加在输出级放大器的第一级输出上，从而抵消部分输入失调的影响。然后在继续重复以上校准过程，直到把失调校准在指标范围内。比较器前级两个电容用于转换、保持失调信号，电容的下极板接一个变换电路，当进行校准操作时，电容下极板接地；校准完成后，为不影响电路性能，开关电路会将两个电容的下极板接参考电压。采用本专利技术实现的FPAA失调自校准结构的校准精度可达0.2mV；该方法不仅可以校正FPAA电路因器件失配、工艺偏差引起的失调，还可以校准FPAA电路因时间或温度因素引起的失调；同时，由于所有CAB块之间的校准进程是并行工作的，所以该方法有效的提高了FPAA失调自校准效率。-->附图说明：图1为FPAA(可编程模拟阵列)结构简图；图2为本专利技术FPAA失调数字自校准方法原理结构图；图3为本专利技术的FPAA失调数字失调自校准主控模块原理结构图；图4为本专利技术的CAB块数字失调自校准原理结构图；图5为本专利技术的CAB失调补偿仿真结果图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：FPAA(可编程模拟阵列)结构简图如图1所示，可配置模拟模块CAB是其核心模块。采用本专利技术的FPAA失调数字自动校准结构原理如图2所示，包括FPAA失调自校准主控制模块和n个CAB失调自校准模块。主控制模块5如图3所示，包括上电自启动模块6、时钟产生模块7、全局校准控制逻辑模块8；CAB失调自校准模块如图4所示，包括开关模块10、比较器采样模块11、采样数据保持模块12、控制逻辑模块13、逐次逼近比较逻辑模块14和电流型D/A转换器模块15等构成。当FPAA系统上电或外部启动自校准控制信号启动FPAA失调自校准进程，则如图3所示的FPAA失调自校准主控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＦＰＡＡ失调数字自动校准方法，其特征在于：（１）将ＦＰＡＡ失调自校准主控模块和若干个相同的ＣＡＢ子失调自校准模块互联；（２）由ＦＰＡＡ失调自校准主控模块提供统一的控制信号，用于控制各ＣＡＢ块的自校准过程；各个ＣＡＢ块之间的校准进程是并行工作的；（３）每个ＣＡＢ块完成自校准后，向ＦＰＡＡ失调自校准主控模块反馈校准完成信号；（４）当所有ＣＡＢ块完成自校准后，失调自校准主控制模块向ＦＰＡＡ系统发出完成信号，同时ＦＰＡＡ失调自校准所有模块停止工作。

【技术特征摘要】
1.一种FPAA失调数字自动校准方法，其特征在于：(1)将FPAA失调自校准主控模块和若干个相同的CAB子失调自校准模块互联；(2)由FPAA失调自校准主控模块提供统一的控制信号，用于控制各CAB块的自校准过程；各个CAB块之间的校准进程是并行工作的；(3)每个CAB块完成自校准后，向FPAA失调自校准主控模块反馈校准完成信号；(4)当所有CAB块完成自校准后，失调自校准主控制模块向FPAA系统发出完成信号，同时FPAA失调自校准所有模块停止工作。2.如权利要求1所述一种FPAA失调数字自动校准方法，其特征在于，所述FPAA失调自校准主控模块包括上电自启动模块、时钟产生模块和全局校准控制逻辑模块；所示的FPAA失调自校准主控模块的时钟产生模块提供全局校准时钟，由全局校准控制逻辑模块发出全局校准控制信号，启动所有CAB模块进行失调校准。3.如权利要求1所述一种FPAA失调数字自动校准方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]