[发明专利]用于具有减小的电容器阵列DAC的SAR ADC中的偏移校正的方法和装置

说明书

差分逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)中的偏移校正用电容器减小的数模转换器(DAC)拓扑实现，以实现偏移校正，而无需专用补偿DAC。这消除了附加的模拟电路和芯片面积。为了执行偏移校正，差分SAR ADC将其输入耦合到一起以产生偏移电压，将偏移电压转换成其数字表示，将偏移电压的数字表示存储在偏移寄存器中，并且通过利用由存储在偏移寄存器中的数字表示控制的电容器减小的阵列DAC产生偏移补偿电压来校正偏移电压。数字表示控制与差分SAR ADC的最低有效位(LSB)相关联的减小电容器阵列DAC的参考电压缩放。

相关专利申请

本申请要求2017年10月30日提交的题名为“Method for Offset Correction inSAR ADC with Reduced Capacitor Array DAC”由Anders Vinje和Ivar共同拥有的美国临时专利申请序列号62/578,608的优先权；并且据此以引用方式并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及模数转换器(ADC)，并且更具体地讲，涉及具有减小的电容器阵列数模转换(DAC)的逐次逼近寄存器(SAR)ADC中的偏移校正。

背景技术

逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)是一种类型的模数转换器，其通过执行二进制搜索以收敛到模拟波形所获取的每个样本的最接近量化水平，然后提供其数字表示来将连续的模拟波形转换为离散的数字表示。SAR ADC是最受欢迎的ADC架构之一，并且可用于例如微控制器中。

通常，期望ADC进行无偏移测量。用于偏移校准的方法包括后处理中的数字偏移校正，使用偏移补偿比较器的模拟偏移校正，以及使用专用补偿数模转换器(DAC)的混合数字/模拟偏移校正。数字校正是最简单的，但具有基本限制，因为它限制了ADC的信号范围。因此，使用偏移补偿比较器的模拟校正或使用专用校正DAC的混合校正被广泛使用，但显著增加了电路复杂性。

用于偏移校准的一些解决方案包括后处理中的数字偏移校正，使用偏移补偿比较器的模拟偏移校正，以及使用专用补偿DAC的混合数字/模拟偏移校正。数字校正可能是简单的，但可能具有基本的限制，因为数字校正限制了ADC的信号范围。使用偏移补偿比较器的模拟校正或使用专用校正DAC的混合校正可以被使用，但这些方法可显著增加电路复杂性。

图1示出了执行偏移校正的三种现有技术方法。图1(a)示出了用于数字偏移校正的电路。数字偏移校正在后处理输出数据时是最简单的方法，但它限制了 ADC的范围，因为它使整个ADC传递函数漂移，从而改变了其饱和极限。它可以包括测量偏移并在后处理中对其进行数字补偿。

图1(b)示出了用于模拟偏移校正的电路。使用偏移补偿比较器的完全模拟偏移校正解决了上述数字偏移校正方法的问题，并且还普遍用于例如微控制器的 SAR ADC中。模拟校正不限制ADC的范围。这可在具有额外时钟周期的后台进行。然而，它显著增加了比较器的复杂性，通常大大增大了其集成电路面积。

图1(c)示出了用于混合模拟/数字偏移校正的电路。该方法使用具有独立的校正DAC的混合(模拟/数字)校正，因此可在测量和存储偏移之后减去偏移量。这也不限制ADC的范围，但由于需要专用校正DAC，因此增加了显著的复杂性。混合校正可以包括测量偏移并使用校正DAC在模拟域中进行补偿。

发明内容

因此，需要一种用于SAR ADC的混合模拟/数字校正方法和装置，该方法和装置利用电容器减小的DAC拓扑来提供偏移校正而不需要专用补偿DAC。