[发明专利]增益误差估计方法及校正方法以及模拟数字转换器

说明书

技术领域

本发明是关于模拟数字转换器，尤其是关于模拟数字转换器的增益误差估计(gain error estimation)及校正方法。

背景技术

请参照图1，图1所示为依据现有技术的管线(pipelined)模拟数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)100的方块图。管线ADC 100将模拟输入信号V_in由模拟信号转换为数字信号，以由此获得数字转换值D_out作为输出。管线ADC 100包含由101至10M的M个转换级(stage)以及增益误差校正模块(gain error correction module)100，其中由101至10M的M个转换级为串联。第一转换级101由模拟输入信号V_in导出数字输出值d_o1，并且产生指示模拟输入信号V_in与数字输出值d_o1之差的残余信号(residual signal)R₁。102～10M转换级分别接收前面的101～10(M-1)转换级的残余信号R₁～R_M-1作为输入信号，并且分别由此输入信号导出数字输出值d_o2～d_oM。相应地，102～10(M-1)转换级也产生残余信号R₂～R_M-1，其中残余信号R₂～R_M-1分别指示相应输入的残余信号R₁～R_M-2与数字输出值d_o2～d_o(M-1)之差。增益误差校正模块110随后依据101～10M转换级的数字输出值d_o1～d_oM，计算数字转换值D_out，作为管线ADC 100的输出信号。

在将当前转换级的残余信号输出至下一转换级以作为输入信号之前，残余信号是依据当前转换级的预设增益而被放大。请参照图2A，图2A为依据现有技术的第k转换级250的方块图。第k转换级250包含子模拟数字转换器252、子数字模拟转换器(sub digital-to-analog converter，sub DAC)254、求和级(summing stage)256以及放大器258。子ADC 252首先将第k转换级250之前的第(k-1)转换级的残余信号R_k-1由模拟信号转换为数字信号，以获得数字输出值d_ok。子DAC 254随后将数字输出值d_ok由数字信号转换回模拟信号，以获得信号X_k。求和级256随后由残余信号R_k-1中减去信号X_k以获得信号Y_k，其中信号Y_k表示残余信号R_k-1与数字输出值d_ok之差。放大器258随后依据预设增益G放大信号Y_k，以获得第k转换级250的残余信号R_k。

尽管在此方法中，预设增益G被假定为常数(constant)，但是，随着温度的改变以及电路制造变化，放大器258的实际增益会偏离预设增益G。实际增益与预设增益之间的差被定义为转换级的增益误差(gain error)。当当前转换级的实际增益偏离预设增益时，发生增益误差，并且当前转换级输出的残余信号具有放大误差(amplitude error)，该放大误差会引起后续转换级数字输出值的误差。因此，增益误差校正模块110必须估计增益误差，并且依据增益误差校准数字转换值D_out。否则，数字转换值D_out的精确度以及分辨率(resolution)就会降低。