[发明专利]一种用于流水线ADC的前端校准方法

说明书

一种用于流水线ADC的前端校准方法，属于模拟集成电路技术领域。本发明从流水线ADC的第一级增益开始校正，直到依次校正完流水线ADC的前N‑1级增益为前端校准一次，当得到第一级增益至第N‑1级增益后可得还原后的信号与原信号的误差；具体基于MATLAB程序搜索流水线ADC每级增益，进而通过对流水线ADC输出数据进行还原，对还原后信号进行快速傅立叶变换分析，当有效位数等指标满足要求时即可认为增益查找正确，从而实现流水线ADC校准。本发明改善了高速高精度流水线ADC中传统校准精度低的缺点，具有高效快速准确的特点，比较适用于高速高精度流水线ADC校准。

技术领域

本发明属于模拟集成电路领域，具体涉及一种用于流水线ADC的前端校准方法。

背景技术

流水线ADC结构如图1所示，输入信号经采样保持电路采样后送入流水线单元ADC，各单元ADC在双相不交叠时钟的控制下交替进行采样和余差放大。在单元ADC内部，采样相时信号同时经乘法数模转换器MDAC采样和子ADC，子ADC通过比较产生数字码Di；保持相时Di经MDAC与输入信号相减产生余差，MDAC对余差进行放大，余差经放大后送入下一级，作为下一级的输入信号。MDAC输入输出关系如下：

其中Gain为MDAC的增益，A为MDAC中运放的开环增益，V_ref为参考电压，C_f为反馈电容，C_k为采样电容，C_p为运放输入端的寄生电容，包括输入管寄生电容C_gs、C_gb和C_gd。传统MDAC在低速低精度流水线ADC中可以实现运放高增益要求，从而使得MDAC增益Gain近似等于其理想值即常数但随着流水线ADC向高速高精度方向发展，高速高精度流水线ADC对运放单位增益带宽积要求越来越高，而高带宽高增益运放难以实现，MDAC增益不再似等于常数从而出现增益误差，带来非线性，进而影响ADC性能。近年来高速高精度流水线ADC往往牺牲运放增益，保证运放速度，通过校准算法确定每级增益，进而降低流水线ADC的非线性。

发明内容

本发明的目的是为流水线ADC提供一种前端校准方法，利用此方法校准ADC前N-1级增益，校准所需模拟量少，校准速度快精度高。本方法可用在高速高精度流水线ADC校准领域。

本发明的技术方案为：

一种用于流水线ADC的前端校准方法，所述流水线ADC有N级，其中N为大于1的正整数；所述流水线ADC从第一级增益开始校正，直到依次校正完所述流水线ADC的前N-1级增益为前端校准一次；

在进行校准之前，通过模拟仿真所述流水线ADC电路得到所述流水线ADC中每一级的模拟输出V_out和数字输出D_out；

校正流水线ADC的第n级增益具体包括如下步骤，其中n为1至N-1中的任意一个正整数：

1.1：将所述流水线ADC中除第一级增益至第n级增益外的其他级增益设置为理想值，第一级增益至第n-1级增益为校准后的增益；

1.2：对第n级增益从其理想值左右两侧以固定步长依次取值，每取一个第n级增益值Gain(n)按校准公式将第n级模拟输出V_out(n)和第n级数字输出D_out(n)进行还原得到第n级输入电压V_in(n)，所述第n级输入电压V_in(n)即为第n-1级的模拟输出V_out(n-1)；

所述校准公式为其中V_ref为流水线ADC的参考电压，C_k为流水线ADC的子级ADC内部采样电容，k∈[1，2ⁿ]；