[发明专利]一种基于流水线ADC的电容失配校准系统及其校准方法

说明书

本发明涉及一种模数转换，尤其是一种基于流水线ADC的电容失配校准系统，包括：流水线ADC电路，所述流水线ADC电路包括一个闪存式ADC和若干流水线式ADC，所述闪存式ADC与若干所述流水线式ADC依次串联，且所述闪存式ADC串联在末端；数字延迟阵列，所述数字延迟阵列设置在所述流水线式ADC的数字输出的输出端，用于通过延迟对齐组成M位精度ADC；及数字校准电路，所述数字校准电路分别与所述流水线式ADC和闪存式ADC连接，用于对所述流水线式ADC做校准。该系统采用简单的多路选择单元完成采样电容失配的校准，校准结构简单，逻辑单元少，硬件复杂度很低，校准效果明显。

技术领域

本发明涉及一种模数转换，尤其是一种基于流水线ADC的电容失配校准系统及其校准方法。

背景技术

现代通信系统中高速高精度模数转换器(AnalogtoDigitalConverter,ADC)有着广泛的应用，其中流水线ADC是最流行的结构，它具有高分辨率和采样速度。流水线ADC包含相同的级，这些级以级联方式连接，每个相同的级包含一个子ADC和一个余量增益数模转换器(MultiplyingDigital-toAnalogConverter,MDAC)。该数模转换器将得到的残余信号放大。子ADC是比较器的组合，而MDAC通常使用运算放大器或运算跨导放大器驱动的开关电容或开关电流电路实现。流水线ADC的线性度取决于子ADC和MDAC构建的性能。比较器偏置、运算放大器增益、电容失配和寄生电容是决定流水线ADC线性度的关键因素。数字冗余技术可以消除比较器偏移而产生的误差。其他三个因素会导致ADC输出的增益误差，并导致代码缺失和非单调性。对MDAC电容失配误差校准，是当前研究流水线ADC的重要部分。

目前，已有的基于统计学原理的校准方法，虽然可以校准电容失配对MDAC的影响，但这种结构对高比特量化的MDAC并不适合。另外基于DAC和反馈电容平均技术同时对DAC和反馈电容重新匹配获得较高的SFDR，也不利于测量电容大小。其他多以伪随机注入对电容失配校准，虽然这类校准方法可以实现纯后台校准，但需要引入额外的电路，且伪随机码增加了电路的白噪，加大了校准的复杂性。另外，模拟校准技术需要对硬件进行修改，这些修改都有其局限性。

发明内容

针对MDAC中存在的采样电容失配问题，以及已有校准方法的局限性，本发明提出了一种基于流水线ADC的MDAC采样电容失配误差的前台校准技术。通过对MDAC采样电容失配误差定量分析推导，并结合INL曲线获得误差大小，然后对误差进行补偿，，具体技术方案为：

一种基于流水线ADC的电容失配校准系统，包括：流水线ADC电路，所述流水线ADC电路包括一个闪存式ADC和若干流水线式ADC，所述闪存式ADC与若干所述流水线式ADC依次串联，且所述闪存式ADC串联在末端；数字延迟阵列，所述数字延迟阵列设置在所述流水线式ADC的数字输出的输出端，用于通过延迟对齐组成M位精度ADC；及数字校准电路，所述数字校准电路分别与所述流水线式ADC和闪存式ADC连接，用于对所述流水线式ADC做校准。

优选的，所述流水线式ADC包括：子ADC单元和MDAC单元，所述子ADC单元与MDAC单元连接，且均与所述数字校准电路连接；所述子ADC单元对上一级余量进行量化，量化结果作为整体ADC数字编码输出；所述MDAC单元将所述子ADC单元的量化结果转化为相应的模拟量后与输入信号做差求得余量，所述余量经增益放大后作为残差信号输出给下一级继续量化。

进一步的，所述子ADC单元与所述闪存式ADC均为快闪结构，包括：若干比较器和一组比较电压。

其中，所述MDAC单元为电荷重分配型结构，所述MDAC单元包括n组采样电容、一组反馈电容和一个运算放大器。

优选的，所述数字校准电路为一个多路选择单元，用于通过输出数字码的INL曲线反映对应MDAC的电容失配大小提取误差，再经数字校准模块实现误差补偿。

一种基于流水线ADC的电容失配校准方法，包括以下步骤：