[发明专利]一种Pipelined-SAR ADC的级间增益非线性校准方法

说明书

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种Pipelined‑SAR ADC的级间增益非线性校准方法。本发明包括步骤：提取Pipelined‑SAR ADC的数字输出码字和亚稳态检测标志位；对后端ADC级间增益进行线性校准；利用校准函数对第一级级间增益非线性进行校准获得校准函数的校准系数；对输出进行码字补偿；最后合成最终输出结果。本发明不添加额外的模拟电路校准模块且代码迭代时间短，校准原理简单，从而降低了模拟电路的设计复杂度，加快了校准时间，并且极大的提高ADC的性能。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种Pipelined-SAR ADC的级间增益非线性校准方法。

背景技术

目前，Pipelined-SAR ADC既能在保持较低功耗和较小面积的同时，也能达到较高的精度和速度，并且结合多通道、时间交织、每步多比特、多比较器等技术，使该架构在模数转换器的研究领域备受关注。Pipelined-SAR ADC由采样保持电路、子ADC和级间放大器组成，其中子ADC采用逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)取代传统的闪型ADC(Flash ADC)，这样做的好处是每一级的分辨率可以有效增高，因此不再需要很多级来实现更高的分辨率。由于Pipelined-SAR ADC存在采样开关管的时钟馈通效应、电荷注入效应、采样电容的电容失配、级间放大器的有限增益和非线性效应、比较器失调等非理想因素的影响，这些因素限制了Pipelined-SAR ADC能够达到的精度。所以需要对ADC校准来减小这些非理想因素对于ADC精度的影响。

ADC校准主要分为数字域校准和模拟域校准。模拟域校准是通过增添额外的模拟电路来对ADC进行校准，会打断ADC的正常量化过程并且增加模拟电路的设计复杂度。数字域校准是在数字域对输出码字进行补偿，数字域校准可以突破工艺极限对ADC性能的限制，所以数字校准早已成为ADC中不可或缺的一部分。数字域校准一般包括电容失配校准和运放非线性校准，传统的增益非线性数字校准算法通常使用伪随机噪声序列或最小均方算法(LMS)。但是通过伪随机序列注入的方法会降低ADC动态输入范围，而且提取误差的收敛时间很长。而LMS算法需要在模拟域添加一个参考ADC，增加了模拟电路的资源浪费。使用基于亚稳态的Pipelined-SAR ADC的级间增益非线性误差的校准算法，只需要模拟端的数字输出，解决以上缺陷，以提高Pipelined-SAR ADC的精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是由Pipelined-SAR ADC的级间运算放大器非线性(主要是三阶非线性)引起ADC整体性能下降的缺陷，以及传统增益校准技术存在的模拟电路复杂的问题。

本发明采用的技术方案是：

基于亚稳态检测Pipelined-SAR ADC的级间增益非线性校准方法，假设Pipelined-SAR ADC由N个SAR ADC作为子级级联，每一子级为K_i(1≤i≤N，i为正整数，N为大于1的整数)比特，相邻子级之间通过一个级间运算放大器连接，按照量化方向依次记为第一级子SAR ADC至第N级子SAR ADC，以及第一级的级间增益G₁至第N-1级的级间增益G_N-1，该N级Pipelined-SAR ADC能实现比特精度的数字输出。

所述级间增益非线性校准的方法包括如下步骤：