[发明专利]一种高精度的流水线ADC前端校准方法

说明书

一种高精度的流水线ADC前端校准方法，属于模拟集成电路技术领域。本发明从第N‑1级流水线式ADC子级的增益开始逐级往前校正，直到依次校正完第一级流水线式ADC子级的增益为前端校准一次，其中校正第n级流水线式ADC子级时使用的第n+1至第N级流水线式ADC子级的增益为校正后的增益，在校正各级增益时，通过对流水线ADC输出数据进行还原，进而对还原后的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中传统校准方法精度低的缺点，具有高效快速且更加精确的特点，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Vin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和子ADC采样，子ADC通过比较产生数字码Di；保持相时数字码Di经乘法数模转换器MDAC与输入信号Vin相减产生余差，乘法数模转换器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。乘法数模转换器MDAC的输入输出关系如下：

其中Gain为乘法数模转换器MDAC的增益，A为乘法数模转换器MDAC中运放的开环增益，V_ref为参考电压，C_f为反馈电容，C_i为采样电容，k为该级流水线式ADC子级的位数，β为反馈系数。传统乘法数模转换器MDAC在低速低精度流水线ADC中可以实现运放高增益要求，从而使得乘法数模转换器MDAC的增益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，乘法模数转换器MDAC的增益Gain不再近似等于常数从而出现增益误差，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的误差，提高流水线ADC的精度。

发明内容

针对上述现有技术中无法兼顾运放增益和运放速度的不足之处，本发明为流水线ADC提供一种高精度的前端校准方法，利用此方法校准流水线ADC前N-1级流水线式ADC子级的增益，校准不需要ADC提供模拟量，只需要其数字输出码，保证数字校准速度快的同时可以达到更高的精度。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：

一种高精度的流水线ADC前端校准方法，所述流水线ADC包括前N-1级的流水线式ADC子级和第N级的闪存式ADC，其中N为大于1的正整数；

包括如下步骤：

步骤1：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ADC的数字输出D_out；

步骤2：利用还原公式将仿真得到的所述第N级闪存式ADC的数字输出D_out(Flash)还原成第N级闪存式ADC的模拟输入V_in(Flash)，所述第N级闪存式ADC的模拟输入V_in(Flash)即为第N-1级流水线式ADC子级的模拟输出V_out(N-1)；

所述还原公式为其中m为所述闪存式ADC的位数，V_ref为所述流水线ADC的参考电压；

步骤3：从第N-1级流水线式ADC子级的增益开始逐级往前校正，直到依次校正完第一级流水线式ADC子级的增益为前端校准一次；其中校准第n级流水线式ADC子级的具体步骤如下，n取1至N-1中的任意一个正整数：