[发明专利]一种应用于逐次逼近模数转换器的失配误差校正方法

说明书

该发明公开了一种应用于逐次逼近模数转换器的失配误差校正方法。将电容DAC阵列的电容分割为单位电容阵列并将这些单位电容排序分为四组，在每一组间隔选取电容构成电容DAC阵列的MSB，MSB‑1等电容。通过MATLAB仿真出传统校正算法以及新型校正算法的SNDR和SFDR等动态参数，得到新型校正算法进一步提升了SAR ADC的动态性能。

技术领域

本发明涉及微电子学与固体电子学领域，特别是该领域中电阻电容型逐次逼近模数转换器中的电容阵列设置方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅猛发展，集成电路技术得到了快速的发展，模拟信号处理技术和数字信号处理技术也趋于成熟，与此同时，连接模拟世界和数字世界之间的桥梁——模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)和数模转换器(Digital-to-Analog converter，DAC)追求高精度技术就显得弥足重要。模数转换器分类主要有逐次逼近型模数转换器(successive approximation register，SAR ADC)，积分型模数转换器，闪速比较模数转换器(Flash ADC)，流水线型模数转换器(Pipeline ADC)等。由于近几年CMOS的特征尺寸缩小，器件的速度也越来越快，SAR ADC的采样速率也可以达到几十MS/s甚至到GS/s。此外SAR ADC还具有低功耗和低成本的特点，因此受到某些便携式系统的青睐。

影响电容型SAR ADC精度除了噪声以外主要包括电容失配问题、寄生电容问题等等。这些因素成为了SAR ADC追求高精度低功耗的短板，因此在一定的采样速度下达到合格的精度和功耗成为必须要攻克的难题。电容失配的问题主要是因为工艺误差造成电容DAC阵列的采样电容值与理想值之间存在一定不可忽略的误差，这类误差不仅仅会造成SARADC的动态性能的降低，除此之外还会造成转换的失败。因此本次发明将会针对电容失配的问题，提出基于电容阵列重新排序组合的校正方法。

专利CN108880546公开了一种应用于逐次逼近模数转换器的传统电容阵列校正方法，该方法将所有电容分割为单位电容，然后对排序后的单位电容阵列采用奇数选取的方式组成逐次逼近模数转换器的最高级电容，然后每次在剩下的单位电容中再采用奇数选取的方法将选择出的单位电容组成逐次逼近模数转换器的其它级电容。由于制造工艺的误差导致实际电容值偏离理想电容值，一般可以误差量模拟成符合高斯分布的统计量。对于传统二进制电容阵列，将高位电容等效为单位电容的组合，由于电容失配的存在可能使得单位电容的数值偏小(或者偏大)，那么单位电容组合为的高位电容也会整体数值偏小(或者偏大)，对于二进制DAC阵列，这将会直接影响转换的过程导致动态性能降低。对于排序重构的电容阵列，将误差量大于零与误差量小于零的单位电容结合起来组合成为一个误差量在零附近的新元素，再按照这类组合方式得到整体误差量在零附近的高位电容。排序重构的电容阵列使得误差量正负相差很大的单位电容进行互补组合使得其组合的新元素误差量趋于零，这样就可以减少电容失配引入的影响。此外，专利CN108880546所提出传统电容阵列校正算法通过一首一尾结合为新元素的方式在动态性能上相比于传统无校正的电容阵列得到显著的提升，但是由于组成新元素的两个单位电容的标准差不同，从而使得新元素组合成为的电容没有达到理想中的数值，因此对动态性能依旧有一定的影响。因此本发明基于传统校正算法提出新型校正算法进一步提高动态性能。

发明内容

本发明针对现有SAR ADC设计中存在的电容失配，造成SAR ADC动态性能降低的问题，提出了了一种基于统计学的电容阵列校正方法。

该发明技术方案为一种应用于逐次逼近模数转换器的失配误差校正方法，该方法包括：

步骤1：对于SAR ADC全差分结构，正端电容DAC阵列和负端电容DAC阵列为镜像互补关系；所述正端电容DAC阵列和负端电容DAC阵列由n＝2^m个单位电容组成，n、m为正整数；

步骤2：将n个单位电容按照从小到大进行排序，并编号为1、2、3……n；