[发明专利]一种自校准片内基准电压模块

说明书

一种自校准片内基准电压模块，包括积分比较模块、电阻串分压校准模块、时钟模块以及SAR逻辑模块。实现主电阻串各分压节点的自动校准，目的是为了得到精确的目标电压值(各电压之间呈线性比例关系)。传统的基于电阻串分压结构片内基准模块需要借助外部基准和可配置寄存器阵列才能实现对输出基准电压的校准，且不具备对外部环境变化的实时校准能力，而本发明对每个输出基准电压采用粗校准和细校准两步策略，分别对校准电阻串的高有效位(MSB)和低有效位(LSB)进行调节，可在片内实现一款具备自动校准能力以及跟踪外部电压、温度变化的高精度、强驱动能力的基准电压模块。

技术领域

本发明属于高精度ADC技术领域，具体涉及一种具备误差自校准功能的SAR-ADC片内基准电压产生模块。

背景技术

ADC作为传感器接口信号测量系统中模拟与数字信号间的桥梁，直接决定了整体系统的测量精度。SAR-ADC具备较好的工艺适应性和低功耗特性，因此被广泛应用于多通道ADC数据测量系统中，作为全局的数模转换器。而基准电压的绝对值误差和噪声直接决定了数模转换器(DAC)的输出精度，进而影响最终的ADC精度。RC混合式结构是高精度SAR-ADC的常见实现方式，可利用电容阵列的匹配性优势满足低位二进制权重的线性度要求并降低校准复杂度。在其高位量化阶段，SAR逻辑模块会从电阻串产生的多个基准电压中筛选出的对应分段，在低位量化阶段，选出最接近待测电压值的相邻两个基准电压按照SAR逻辑的逐次逼近算法依次对电容阵列充放电，后由电荷再分配型DAC的输出作为逐次逼近输出码值的判断依据。因此影响SAR-ADC整体性能的关键点就在于高位对应的基准电压的绝对值误差和噪声。同时由于高精度DAC电容阵列需要保证一定的面积开销以维持噪声特性，所以基准电压源在大电容负载下的充放电速度和建立精度也是决定DAC输出电压精度的关键因素。

目前大部分SAR-ADC采用片外的分立器件提供该基准电压，因此造成整体系统的面积、功耗开销和印制板(PCB)板级复杂度的急剧上升。因此片内实现该部基准电压有利于提升芯片以及整体测量系统的集成度。传统的基于电阻串分压结构的片内基准电压产生模块，需要借助外部基准和可配置寄存器阵列才能实现对输出基准电压的校准，且不具备对外部环境变化的实时校准能力。

因此，片内实现一款具备自动调节能力以及跟踪外部电压、温度变化的高精度、强驱动能力的ADC基准电压模块是提升测量系统集成度的关键一环。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种自校准片内基准电压模块。

本发明的技术解决方案是：

一种自校准片内基准电压模块，包括积分比较模块、电阻串分压校准模块、时钟模块以及SAR逻辑模块；

电阻串分压校准模块：包括主电阻串和校准模块，所述主电阻串通过分压方式得到多个需要的电压，发送给校准模块；校准模块对主电阻串的各个分压节点的输出电压进行校准，将校准后的电压输出给积分比较模块，同时将校准后的电压作为片内基准电压输出；

积分比较模块：将校准模块对各个分压节点校准后的输出电压分别与基准源电压进行积分比较，将比较结果送入SAR逻辑模块；

SAR逻辑模块：依据比较结果按逐次逼近逻辑对校准模块进行反馈调整，使校准后的各节点电压不断接近最终所需输出电压；

时钟模块：用于为积分比较模块、校准模块以及SAR逻辑模块提供同步时钟。

若主电阻串在0V-V_D区间内产生a个bits的分压节点，则需要2^a个电阻单元串联，每两个分压节点间的电压差为V_D/2^a；

将2^a个电阻单元等分为上下两部分，将基准源V_REF经由运放接入上下两部分的连接点处作为分压的参考基准，V_REF＝V_D/2。