[发明专利]一种双采样伪劈分结构快速数字校准算法

摘要

本发明公开了一种双采样伪劈分结构快速数字校准算法，是应用于由采样保持电路和由N级电路串联而成的流水级电路以及数字冗余电路组成的流水线ADC中，其特征是在偶时刻和奇时刻分别采样输出信号用作流水线ADC的输入信号；奇时刻注入随机信号作为扰动，偶时刻则不注入，两路输出的差值传递给后台校正单元，利用信号相关性以实现误差信息的实时提取和补偿，当误差得到正确的校准之后，两路转换输出值的算术平均值作为流水线ADC最后的转换输出值。本发明能降低模拟电路的设计难度并保证系统的性能，电路消耗小，校准速度更快，且能进行高精度的校准。

主权项

一种双采样伪劈分结构快速数字校准算法，是应用于由采样保持电路和由N级电路串联而成的流水级电路以及数字冗余电路组成的流水线ADC中，其特征是按如下步骤进行：步骤1、所述采样保持电路接收外部的输入信号V_in[n]，并分别在t＝2n的偶时刻和t＝2n+1的奇时刻进行采样，获得偶时刻输出电压V_ish[2n]和奇时刻输出电压V_ish[2n+1]后传输至所述流水级电路；步骤2、以所述流水级电路的第1级电路为被校准级电路，分别利用式(1)和式(2)对所述偶时刻输出电压V_ish[2n]和奇时刻输出电压V_ish[2n+1]进行转换，获得偶时刻数字输出信号D_OUT[2n]和奇时刻数字输出信号D_OUT[2n+1]：$D_{\mathrm{OUT}}\left[2n\right]=[1+({\hat{G}}_1-G_1)]V_{\mathrm{ish}}\left[2n\right]+({\hat{G}}_1-G_1)Q_{s1}\left[2n\right]+Q_{\mathrm{ADC}}\left[2n\right]---\left(1\right)$$\begin{array}{c}{D}_{\mathrm{OUT}}[2n+1]=[1+({\hat{G}}_1-G_1)]V_{\mathrm{osh}}[2n+1]+({\hat{G}}_1-G_1)Q_{s1}[2n+1]\\ +({\hat{G}}_1-G_1)\mathrm{\γ}{P}_N\left[n\right]+Q_{\mathrm{ADC}}[2n+1]\end{array}---\left(2\right)$式(1)和式(2)中，P_N为伪随机信号，Q_s1是流水级电路的第1级电路的量化噪声，G₁为第1级电路的级间增益，为第1级电路的估计级间增益，Q_ADC是除第1级电路以外的N‑1级电路的量化噪声；γ为所述注入随机信号P_N的摆幅，其值为第1级流水级的失调误差的一半；步骤3、利用式(3)获得所述偶时刻数字输出信号D_OUT[2n]和奇时刻数字输出信号D_OUT[2n+1]之间的差值D_e[n]：$\begin{array}{c}{D}_e\left[n\right]=[1+({\hat{G}}_1-G_1)]\left(V_{\mathrm{sh}}\right[2n+1]-V_{\mathrm{sh}}[2n\left]\right)+({\hat{G}}_1-G_1)\·\\ \left(Q_{s1}\right[2n+1]-Q_{s1}[2n\left]\right)+({\hat{G}}_1-G_1)\mathrm{\γ}{P}_N\left[n\right]+Q_{\mathrm{ADC}}\left[2n\right]-Q_{\mathrm{ADC}}[2n+1]\end{array}---\left(3\right)$步骤4、将所述差值D_e[n]与随机信号P_N利用式(4)进行相关运算获得第1级电路的级间增益误差Δ[n]：$\mathrm{\Δ}\left[n\right]=P_N\⊗D_e\left[n\right]=V_n\left[n\right]\⊗P_N+\mathrm{\γ}({\hat{G}}_1-G_1)---\left(4\right)$并有：$V_n\left[n\right]=[1+({\hat{G}}_1-G_1)]V_{\mathrm{in}}+({\hat{G}}_1-G_1)Q_{n,s1}+Q_{n,\mathrm{ADC}}---\left(5\right)$式(4)中，中间值V_n[n]与随机信号P_N不相关，则逐渐逼近于零，级间增益误差Δ[n]与成正比；步骤5、利用式(6)所示的LMS算法对所述级间增益误差Δ[n]进行迭代，使得所述第1级电路的估计级间增益逐步逼近于所述第1级电路的级间增益G1：${\hat{G}}_1[n+1]={\hat{G}}_1\left[n\right]-\mathrm{\μ}\·\mathrm{\Δ}\left[n\right]---\left(6\right)$式(6)中，μ为迭代步长；步骤6、所述LMS迭代输出稳定，获得所述第1级电路的估计级间增益近似等于所述第1级电路的级间增益G1，从而使得第一级级间增益误差消除；步骤7、利用式(7)获得流水线ADC的转换输出值D_OUT：$D_{\mathrm{OUT}}\left[n\right]=\frac{D_{\mathrm{OUT}}\left[2n\right]+D_{\mathrm{OUT}}[2n+1]}{2}---\left(7\right)$以所述转换输出值D_OUT实现流水线ADC第1级增益误差校准。