[发明专利]一种基于LMS算法逐次逼近式模拟数字转换器校准方法

权利要求书

1.一种基于LMS算法逐次逼近式模拟数字转换器校准方法，其特征在于：逐次逼近型模数转换器包括：两个相互独立且存在偏差的N位SAR ADC以及数字校准模块；两个独立的N位SARADC采用非二进制电容阵列，通过电容阵列结构中引入冗余量，再利用冗余量通过数字或模拟方法进行后处理；

数字校准模块是通过数字电路的形式实现LMS算发达成校准；LMS算法即最小均方算法，自适应滤波器的典型算法，通过两路信号，一路为参考信号d，另一路信号通过滤波器(H)估计出d'和参考信号d之间要满足均方误差最小的判据，而初始状态下滤波器系数设置为W(0),得到的结果d'不满足误差最小的判据，此时采用自适应优化算法去调节系数W，在不断的迭代计算后，找到这样的W使得估计的d'和期望得到的d误差最小，而采取的最优化算法为随机梯度下降，也即是每进一个新数据x(t)求取它梯度并计算W，在这过程中x(t)和d(t)的误差是对应的。

2.根据权利要求1所述的一种基于LMS算法逐次逼近式模拟数字转换器校准方法，其特征在于：校准方法具体步骤：

ADC“A”是待校准的SAR ADC，ADC“B”是一个存在失配的SAR ADC，“A”和“B”相互独立；当上电工作时，两个不同的ADC分别对V_IN进行采样和量化，输出相应的数字码D_A和D_B；

在SARADC转换结束时，输入信号的值表示为

式中N为有效位数，W_i为第i位的权重系数，如果电容是理想的，则电容权重Wi形成一组二进制序列1/2i，i＝1,2,…,N，D_i为第i位的转换结果；V_IN为输入信号，V_REF为参考信号；

在实际情况中，由于电容存在失配，导致各电容间的权重比将不再严格维持二进制关系；用W_i′＝W_i+ε_i表示数字域实际情况中的权重系数，其中ε_i表示各位权重存在的误差值；

利用线性系统的可叠加原理可知，如果SAR ADC是线性的，则在模拟输入信号中叠加的扰动信号能够在数字域中精确的补偿；因此通过SAR ADC对同一个模拟输入且叠加两次大小相等，符号相反的扰动信号±Δ_a分别进行两次量化，得到了两个N位的待处理的数字码D₊和D_-，校准系统首先分别计算出d₊和d_-，即分别为D₊和D_-的所有权重之和；如公式所示

式中D₊为模拟输入V_IN+Δ_a所量化的数字码，D_-为模拟输入V_IN-Δ_a所量化的数字码；b_i为第i位转换的结果，i＝0,1,…,N-1；

同时由式得出两个转换过程的误差error为

error＝d₊-d_--2Δ_d

式中，d₊和d_-分别是V_IN+Δ_a和V_IN-Δ_a的量化值；

最终校准网络的LMS算法使得误差逐渐趋近于0，此时各位权重将收敛。

3.根据权利要求2所述的一种基于LMS算法逐次逼近式模拟数字转换器校准方法，其特征在于：LMS校准算法流程分为以下三步

第一步是滤波输出，通过从两个ADC得到的两个N位的待处理的数字码D+和D-结合每一位权重系数计算得出所有权重之和d₊和d_-；

第二步是误差计算，通过计算第一步得到两个权重和与已知注入的扰动值的差值的得到转换过程中的误差error，假设权重已达到最佳，则error为0并结束校准；若error不为0，则表明转移特性曲线依旧非线性，进入第三步；

第三步是权重值更新，如果误差error不为零，通过已设定好的迭代步长，调节权重系数与误差，进入第一步再次计算，直到误差error为零为止。