【技术实现步骤摘要】
【】本申请涉及模数转换的，尤其涉及一种针对sar adc的电容失配校准电路及其校准方法。
技术介绍
0、
技术介绍
1、模数转换器是一种将模拟信号转换为数字信号的器件，其中的逐次逼近型模数转换器(sar adc)具备结构简单、功耗低等优良特性，使得其在近些年成为了行业内的研究热点，而sar adc的性能会受到各种非理想性因素的制约，其中尤以电容失配最为突出，其是影响sar adc实际量化精度的主要因素之一，故而对电容失配的校准十分重要。现有的电容失配校准方案大体上可分为lms(最小均方算法)校准、辅助电容校准、sar adc自校准及直方图校准等，其中，lms校准需要经过大量的迭代计算，会占用很多存储资源，更适合进行片外校准；辅助电容校准所占面积较大，寄生也会增加，并且精度会受到辅助电容的最小电容限制；sar adc自校准的失配误差会慢慢积累，致使其精度难以提升；直方图校准需要大量的计算、及数以万计的收敛次数。
2、相关技术中，还可利用时域比较器和时数转换器(tdc)来测量电容失配大小以校准sar adc，具体是通过控制时域比较器内振荡器的振荡次数，来将电压差信号转换为相位差信号，最终再由基于振荡器的tdc将相位差信号量化出来即可。该电容失配校准方案的缺点是：对于高位电容而言，失配的权重误差比较大，测量低位电容的失配所需的振荡时间较短，但测量高位电容的失配所需的振荡时间可能是测量低位电容失配的几十甚至几千倍，电容电压差离理论上1lsb(最低有效位)的电压差可能非常远，且电容容值越小，失配标准差越大，越高精
3、因此，有必要对电容失配的现有校准方案进行改进。
技术实现思路
0、
技术实现思路
1、本申请提供了一种针对sar adc的电容失配校准电路及其校准方法，旨在解决相关技术中进行电容失配校准的时间长、动态功耗大、精度低的问题。
2、为了解决相关技术中所存在的上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种针对sar adc的电容失配校准电路，其包括第一电容阵列、第二电容阵列、主比较器、时域比较器和时数转换器，第一电容阵列和第二电容阵列分别包括并联的多个电容，第一电容阵列与第二电容阵列之间电容的数量相同，第一电容阵列中多个电容的上极板并联后接主比较器的正向输入端，第二电容阵列中多个电容的上极板并联后接主比较器的反向输入端，按照远离主比较器的方向第一电容阵列中的多个电容、及第二电容阵列中的多个电容的位数均依次增大，第一电容阵列和第二电容阵列中每两个相对应的电容均组成一个差分电容，每个差分电容的位数均与组成自身的两个电容相适应，第一电容阵列中多个电容的上极板并联后、及第二电容阵列中多个电容的上极板并联后分别接时域比较器，时域比较器接时数转换器。具体地，上述电容失配校准电路的校准流程包括：通过切换各电容的上、下极板的电压，使得第一位差分电容的上极板产生1lsb的第一对差分电压，第一对差分电压经由时域比较器和时数转换器量化后得到1lsb的第一电压差信息，电容的上、下极板的电压切换均包括共模电压、参考高电压和参考低电压中的任意一种；通过切换各电容的上、下极板的电压，使得第一位差分电容的上极板产生2lsb的第二对差分电压，第二对差分电压经由时域比较器和时数转换器量化后得到2lsb的第二电压差信息，且通过第一电压差信息和第二电压差信息，得到第一位差分电容的上极板所产生的差分电压与时数转换器中第一振荡器的振荡次数之间的线性函数关系；切换各电容的上、下极板的电压，并在主比较器根据第二位差分电容的上极板所产生的一对差分电压输出相应的比较结果之后，通过切换第一电容阵列和第二电容阵列中两个第一位电容的下极板的电压，使得第二位差分电容的上极板产生小于1lsb的一对待测差分电压，待测差分电压经由时域比较器和时数转换器量化后得到相应的待测电压差信息；根据待测电压差信息、及第一电容阵列和第二电容阵列中两个第一位电容的权重，反推出第一电容阵列和第二电容阵列中两个第二位电容的实际权重，以此类推，直至得到各电容的实际权重为止。
3、本申请实施例第二方面提供了一种针对sar adc的电容失配校准方法，其应用于本申请实施例第一方面所提及的电容失配校准电路，且包括：通过切换各电容的上、下极板的电压，使得第一位差分电容的上极板产生1lsb的第一对差分电压，第一对差分电压经由时域比较器和时数转换器量化后得到1lsb的第一电压差信息，其中，电容的上、下极板的电压切换均包括共模电压、参考高电压和参考低电压中的任意一种；通过切换各电容的上、下极板的电压，使得第一位差分电容的上极板产生2lsb的第二对差分电压，第二对差分电压经由时域比较器和时数转换器量化后得到2lsb的第二电压差信息，其中，通过第一电压差信息和第二电压差信息，得到第一位差分电容的上极板所产生的差分电压与时数转换器中第一振荡器的振荡次数之间的线性函数关系；切换各电容的上、下极板的电压，并在主比较器根据第二位差分电容的上极板所产生的一对差分电压输出相应的比较结果之后，通过切换第一电容阵列和第二电容阵列中两个第一位电容的下极板的电压，使得第二位差分电容的上极板产生小于1lsb的一对待测差分电压，待测差分电压经由时域比较器和时数转换器量化后得到相应的待测电压差信息；根据待测电压差信息、以及第一电容阵列和第二电容阵列中两个第一位电容的权重，反推出第一电容阵列和第二电容阵列中两个第二位电容的实际权重，以此类推，直至得到各电容的实际权重为止。
4、可以理解的是，通过本申请上述技术方案的实施，在传统方案的时域比较器结合时数转换器的基础上，增设了sar adc自校准的控制逻辑，即在获取第一电压差信息、第二电压差信息及差分电容的上极板所产生的差分电压与时数转换器中第一振荡器的振荡次数之间的线性函数关系的步骤之后，增设了sar adc逐次逼近转换步骤，这使得差分电容的上极板所产生的差分电压始终处于2lsb的范围之内，之后再进行时域比较器和时数转换器的量化过程以求取第二位电容及更高位电容的实际权重，即每次量化都只需要量化2lsb以内的差分电压，故而校准时间和动态功耗均可大幅度减小，测量精度也会因此提升。
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1.一种针对SAR ADC的电容失配校准电路，其特征在于，包括第一电容阵列、第二电容阵列、主比较器、时域比较器和时数转换器，所述第一电容阵列和所述第二电容阵列分别包括并联的多个电容，所述第一电容阵列与所述第二电容阵列之间所述电容的数量相同，所述第一电容阵列中多个所述电容的上极板并联后接所述主比较器的正向输入端，所述第二电容阵列中多个所述电容的上极板并联后接所述主比较器的反向输入端，按照远离所述主比较器的方向所述第一电容阵列中的多个所述电容、及所述第二电容阵列中的多个所述电容的位数均依次增大，所述第一电容阵列和所述第二电容阵列中每两个相对应的所述电容均组成一个差分电容，每个所述差分电容的位数均与组成自身的两个所述电容相适应，所述第一电容阵列中多个所述电容的上极板并联后、及所述第二电容阵列中多个所述电容的上极板并联后分别接所述时域比较器，所述时域比较器接所述时数转换器；所述电容失配校准电路的校准流程包括：
2.根据权利要求1所述的电容失配校准电路，其特征在于，产生所述第一对差分电压的流程具体包括：将所有的所述电容的上、下极板均复位至共模电压之后，再断开用于使各所述电容的上
3.根据权利要求2所述的电容失配校准电路，其特征在于，所述时数转换器中的所述第一振荡器包括两个，所述时域比较器包括两个计数器以及两个第二振荡器；得到所述第一电压差信息的流程具体包括：将所述第一对差分电压输入所述时域比较器，所述第一对差分电压控制两个所述第二振荡器中的电流大小不同，并使两个所述第二振荡器振荡，两个所述计数器分别记录两个所述第二振荡器的振荡次数，当两个所述第二振荡器的振荡次数分别达到预设次数时，所述时域比较器分别输出两个第一上升沿信号至所述时数转换器，两个所述第一上升沿信号之间的相位差正相关于所述第一对差分电压，两个所述第一上升沿信号使所述时数转换器中的两个所述第一振荡器振荡，当两个所述第一振荡器的振荡次数相同时，相应的震荡次数指示第一相位差信息，所述时数转换器基于所述第一相位差信息输出相应的第一电压差信息。
4.根据权利要求1所述的电容失配校准电路，其特征在于，产生所述第二对差分电压的流程具体包括：将所述第一电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考低电压、及将所述第二电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考高电压，并将其它所述电容的上、下极板均复位至共模电压之后，断开用于使各所述电容的上极板接入共模电压的开关，再将所述第一电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考高电压、及将所述第二电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考低电压，使得第一位差分电容的上极板产生2LSB的第二对差分电压。
5.根据权利要求4所述的电容失配校准电路，其特征在于，所述时数转换器中的所述第一振荡器包括两个，所述时域比较器包括两个计数器以及两个第二振荡器；得到所述第二电压差信息的流程具体包括：将所述第二对差分电压输入所述时域比较器，所述第二对差分电压控制两个所述第二振荡器中的电流大小不同，并使两个所述第二振荡器振荡，两个所述计数器分别记录两个所述第二振荡器的振荡次数，当两个所述第二振荡器的振荡次数分别达到预设次数时，所述时域比较器分别输出两个第二上升沿信号至所述时数转换器，两个所述第二上升沿信号之间的相位差正相关于所述第二对差分电压，两个所述第二上升沿信号使所述时数转换器中的两个所述第一振荡器振荡，当两个所述第一振荡器的振荡次数相同时，相应的震荡次数指示第二相位差信息，所述时数转换器基于所述第二相位差信息输出相应的第二电压差信息。
6.根据权利要求1所述的电容失配校准电路，其特征在于，产生所述待测差分电压的流程具体包括：将所有的所述电容的上、下极板均复位至共模电压之后，再断开用于使各所述电容的上极板接入共模电压的开关，之后将所述第一电容阵列中第二位电容的下极板切换至参考高电压、及将所述第二电容阵列中第二位电容的下极板切换至参考低电压，并在所述主比较器根据第二位差分电容的上极板所产生的一对差分电压输出相应的比较结果之后，通过切换所述第一电容阵列和所述第二电容阵列中两个第一位电容的下极板的电压，使得第二位差分电容的上极板产生小于1LSB的一对待测差分电压。
7.根据权利要求6所述的电容失配校准电路，其特征在于，所述时数转换器中的所述第一振荡器包括两个，所述时域比较器包括两个计数器和两个第二振荡器；得到所述待测电压差信息的流程具体包括：将所述待测差分电压输入所述时域比较器，所述待测差分电压控制两个所述第二振荡器中的电流大...
【技术特征摘要】
1.一种针对sar adc的电容失配校准电路，其特征在于，包括第一电容阵列、第二电容阵列、主比较器、时域比较器和时数转换器，所述第一电容阵列和所述第二电容阵列分别包括并联的多个电容，所述第一电容阵列与所述第二电容阵列之间所述电容的数量相同，所述第一电容阵列中多个所述电容的上极板并联后接所述主比较器的正向输入端，所述第二电容阵列中多个所述电容的上极板并联后接所述主比较器的反向输入端，按照远离所述主比较器的方向所述第一电容阵列中的多个所述电容、及所述第二电容阵列中的多个所述电容的位数均依次增大，所述第一电容阵列和所述第二电容阵列中每两个相对应的所述电容均组成一个差分电容，每个所述差分电容的位数均与组成自身的两个所述电容相适应，所述第一电容阵列中多个所述电容的上极板并联后、及所述第二电容阵列中多个所述电容的上极板并联后分别接所述时域比较器，所述时域比较器接所述时数转换器；所述电容失配校准电路的校准流程包括：
2.根据权利要求1所述的电容失配校准电路，其特征在于，产生所述第一对差分电压的流程具体包括：将所有的所述电容的上、下极板均复位至共模电压之后，再断开用于使各所述电容的上极板接入共模电压的开关，之后将所述第一电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考高电压、及将所述第二电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考低电压，使得第一位差分电容的上极板产生1lsb的第一对差分电压。
3.根据权利要求2所述的电容失配校准电路，其特征在于，所述时数转换器中的所述第一振荡器包括两个，所述时域比较器包括两个计数器以及两个第二振荡器；得到所述第一电压差信息的流程具体包括：将所述第一对差分电压输入所述时域比较器，所述第一对差分电压控制两个所述第二振荡器中的电流大小不同，并使两个所述第二振荡器振荡，两个所述计数器分别记录两个所述第二振荡器的振荡次数，当两个所述第二振荡器的振荡次数分别达到预设次数时，所述时域比较器分别输出两个第一上升沿信号至所述时数转换器，两个所述第一上升沿信号之间的相位差正相关于所述第一对差分电压，两个所述第一上升沿信号使所述时数转换器中的两个所述第一振荡器振荡，当两个所述第一振荡器的振荡次数相同时，相应的震荡次数指示第一相位差信息，所述时数转换器基于所述第一相位差信息输出相应的第一电压差信息。
4.根据权利要求1所述的电容失配校准电路，其特征在于，产生所述第二对差分电压的流程具体包括：将所述第一电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考低电压、及将所述第二电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考高电压，并将其它所述电容的上、下极板均复位至共模电压之后，断开用于使各所述电容的上极板接入共模电压的开关，再将所述第一电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考高电压、及将所述第二电容阵列中第一位电容的下极板切换至参考低电压，使得第一位差分电容的上极板产生2lsb的第二对差分电压。
5.根据权利要求4所述的电容失配校准电路，其特征在于，所述时数转换器中的所述第一振荡器包括两个，所述时域比较器包括两个计数器以及两个第二振荡器；得到所述第二电压差信息的流程具体包括：将所述第二对差分电压输入所述时域比较器，所述第二对差分电压控制两个所述第二振荡器中的电流大小不同，并使两个所述第二振荡器振荡，两个所述计数器分别记录两个所述第二振荡器的振荡次数，当两个所述第二振荡器的振荡次数分别达到预设次数时，...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜梅，沈晴，王鑫，陈俊贤，何鑫晖，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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