[发明专利]基于电荷补偿的SAR 结构ADC 修调方法及修调电路

说明书

技术领域

本发明属于微电子电路设计技术，涉及基于电荷补偿的SAR结构ADC修调方法及修调电路。 

背景技术

SAR结构ADC（逐次逼近模数转换器）是ADC中很大的一个种类，对12位以上精度的SAR ADC，基本上使用电容阵列结构或电阻电容混合阵列结构，但该两种结构对电容和电阻的匹配性提出了很高的要求。目前工艺水平，常规的工艺中电容的失配在0.1%左右，理论上可能的ADC精度只能达到10位，如果需设计更高的精度ADC，大多需要进行修调，一般的修调方法是采用激光进行电容的切割实现匹配，但该方法有两个缺点：1.不适合大规模量产；2.激光修调需特殊的器件，工艺平台受限。 

发明内容

本发明的目的是提出一种基于电荷补偿的SAR结构ADC修调方法及修调电路，通过对失配电容进行电荷补偿达到电容匹配的目的，补偿向量可通过寄存器配置，适合量产及测试，并可在大部分工艺平台实施。 

本发明的技术解决方案是： 

一种基于电荷补偿的SAR结构ADC修调电路，其特殊之处是，包含一个寄存器组、一个衰减电容和一个修调阵列，所述寄存器组包含多组寄存器，所述寄存器的数量和待修调的主电容阵列的开关个数一致；所述修调阵列包含多个2进制权重电容网络，所述电容网络的数量和待修调的主电容阵列的开关个数一致，所述修调阵列通过衰减电容耦合至待修调的主电容阵列；所述寄存器控制修调阵列中相应的电容开关切换方向。 

一种基于电荷补偿的SAR结构ADC修调方法，包括以下步骤： 

步骤1初始化最高位开关对应的寄存器；SAR结构ADC中待修调的主电容阵列最高位开关（S11）闭合，将相应的比较电荷Q’注入待修调的主电容阵列,Q’=2^n-1C*Vin+ΔQ,其中：Vin为待转换的输入电压；n为待修调的主电容阵列对应开关的数量；C为待修调的主电容最低位对应的理想电容值；ΔQ=σC*Vin为误差电荷；σ为最高位开关对应电容的归一化偏差系数； 

步骤2调整步骤： 

步骤2.1通过主机接口向最高位开关对应的寄存器写入调试值，寄存器根据调试值产生相对应的调试电荷，并将调试电荷注入待修调的主阵列； 

步骤2.2将调试电荷与误差电荷进行比较，根据比较结果通过主机接口改变寄存器的调试值，直至调试电荷与误差电荷相抵消； 

步骤2.3将最终调试值固化在该寄存器中； 

步骤3按照高位到低位的顺序，重复步骤1和步骤2直至最低位的最终调试值固化在寄存器中，完成修调。 

本发明的优点是： 

1、便于量产。本发明使用主机接口改变寄存器的形式调整性能，适合大多数的测试台并适合测试编程，测试成本较低，效率高。 

2、适应平台广泛。本发明的调整过程不需要使用特殊器件，工艺平台限制少，适合大多数的工艺平台。 

3、修调范围可控，方向可控，精度高。本发明使用耦合电容控制修调范围，通过开关切换控制电荷的注入和抽取实现修调方向的控制，注入精度控制在0.1％，同时通过2进制电容网络实现256阶可调，修调精度很高，单步修调精度可达到4ppm。 

4、本发明为ADC的修调提供了一种新的方式。 

5、本发明适用于电容阵列型ADC及混合型ADC。 

6、使用本发明成功将某芯片的特性从10bit精度提高至12bit精度。 

附图说明

图1是本发明的电路原理示意图；图中：S7-S11为待修调主电容阵列的高位开关，K0-K5为修调阵列电容开关，refp为正输入基准，Vin为输入电压信号，AIN_IN为负输入基准。 

具体实施方式

本发明的电路原理示意参见图1，包含一个寄存器组、一个衰减电容和一个修调阵列，待修调的主电容阵列的开关个数为5个，相应寄存器组包含5组寄存器，相应修调阵列包括5个2进制权重电容网络；修调阵列通过衰减电容耦合至待修调的主电容阵列，寄存器控制修调阵列中相应的电容开关切换方向。 

本发明的实施流程为： 

步骤1：初始化S11开关对应的寄存器；SAR结构ADC中待修调的主电容阵列S11开关闭合，将相应的比较电荷Q’注入待修调的主电容阵列, Q’=16C*Vin+ΔQ,其中：Vin为待转换的输入电压；C为待修调的主电容S7开关对应的理想电容值；ΔQ=σC*Vin为误差电荷；σ为S11开关对应电容的归一化偏差系数； 

步骤2：调整步骤：