一种应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法，在逐次逼近型模数转换器电路中加入伪随机数生成器，伪随机数生成器在逐次逼近型模数转换器每次量化前，产生随机pin码，pin码通过逐次逼近型控制逻辑决定每个单位电容连接，使单位电容随机组成不同权重的电容。本发明专利技术将DWA算法应用于SAR ADC结构中，使得输出信号的谐波压制到噪底，实现对输出信号噪声的一阶整形，使得SAR ADC的无散动态范围提高；当SAR ADC量化次数达到一定数量时，DWA算法能使得电容失配分摊到每一次量化中，实现电容是失配的平均化，减小电容失配对SAR ADC静态特性和动态特性的影响，提高SAR ADC的量化精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信、生物医疗和工业成像
，尤其涉及一种应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法(Digital Weight Average Algorithm，DWA算法)。
技术介绍
逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)具有结构简单，功耗低，面积小等优势，SAR ADC广泛地应用于无线通信、生物医疗和工业成像等领域。随着应用需求和科学技术的发展，人们对SAR ADC的转换精度提出越来越高的要求。而SAR ADC电容阵列中的电容失配导致的非线性误差成为限制SAR ADC实现更高精度的主要因素。标准工艺中，没有校准和修调的SAR ADC能够实现的有效位数一般在12bit以下，需要校准技术来提升SAR ADC的精度。在工业界，高精度的SAR ADC一般需要采用激光修调技术或者特殊工艺来减少电容失配，提高匹配精度。采用现有技术如激光修调技术或者特殊工艺等来提升SAR
ADC的精度工艺复杂，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法，旨在不使用激光修调技术或者特殊制造工艺的情况下减小电容失配对SAR ADC精度的影响，提高SAR ADC的量化性能与量化精度。本专利技术是这样实现的，一种应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法，所述应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法在逐次逼近型模数转换器电路中加入伪随机数生成器，伪随机数生成器在逐次逼近型模数转换器每次量化前，产生随机pin码，pin码通过逐次逼近型控制逻辑控制每个单位电容的连接。进一步，所述逐次逼近型模数转换器每次量化时组成各个权重电容的最小单位电容是随机的，能使得单位电容随机的组成不同权重的电容，使得电容失配分摊到每一次的量化中。电容阵列的失配得到平均化，减小电容失配对SAR ADC静态特性和动态特性的影响。进一步，所述应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均
算法在逐次逼近型模数转换器进行多次量化后，数据权重平均算法使各个权重电容的失配得到随机化和均匀化，能使得输出信号的谐波被压制到噪底，实现了对输出信号噪声的一阶整形，使得SAR ADC的无散动态范围(SFDR)提高。进一步，所述应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法可用于任意位数任意结构的逐次逼近型模数转换器结构中，在不同位数的逐次逼近型模数转换器结构中，其pin码的位数相应的改变。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述数据权重平均算法的逐次逼近型模数转换器，所述逐次逼近型模数转换器的一般结构如示意图图2所示，包括：采样保持电路(Bootstrapped switch)，用于对输入逐次逼近型模数转换器的模拟信号进行周期性的采样与保持，使电路周期性的处于跟随与保持两种阶段；比较器，用于将正负两个输入端的电压信号进行比较，输出数字码0或者1；DAC电容阵列，用于电容上存储电荷；SAR控制逻辑，用于在比较器的输出信号及其他控制信号的
作用下，控制DAC电容阵列开关的连接，实现比较器两端的电压不断相互逼近；伪随机数生成器，用于产生一个随机pin码，通过SAR控制逻辑在SAR ADC每次量化前随机分配单位电容组成不同权重的电容。本专利技术提供的应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法，结构简单，成本低廉，消耗较小额外的功耗提高SAR ADC的精度。当SAR ADC采用数据权重平均算法并且量化次数达到一定规模时，数据权重平均算法能使电容的失配分摊到每一次的量化中，使得电容阵列的失配平均化，减小电容失配对SAR ADC静态特性和动态特性的影响，提高了SAR ADC的精度；数据权重平均算法可应用于任意位数、单端输入或者全差分双端输入的SAR ADC中，在高精度SAR ADC应用中有较大优势(例如，普通16位SAR ADC在使用DWA算法后，其有效位数能提高0.6位左右)，将DWA算法用于SAR ADC的DAC网络中，能改善电容阵列中电容的匹配程度，由于电容的失配分摊到每一次的量化中，从而能将输出信号的谐波压制到噪底，实现对输出信号噪声进行一阶整形，使SAR ADC的无散动态范围(SFDR)提高(例如，普通16位SAR ADC
在使用DWA算法后，其SFDR能提高4.5dB左右)。因此提高了SAR ADC的量化性能与量化精度。附图说明图1是本专利技术实施例提供的应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法的电容阵列示意图。图2是本专利技术实施例提供的应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法的4位SAR ADC的基本结构图。图3是本专利技术实施例提供的应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法的4位SAR ADC等效结构图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。本专利技术将数据权重平均算法(Digital Weight Average Algorithm，DWA算法)应用于SAR ADC的电容阵列中，使各个权重电容的失配得到随机化和均匀化。DWA算法在SAR ADC每次量化开始前，通过伪随机数生成器产生一个随机的二进制pin码，
由二进制pin码决定各个单位电容所应连接的开关，组成对应不同权重的电容，因此SAR ADC每次量化时组成各权重电容的最小单位电容是随机分布的，实现输出信号噪声的一阶整形。DWA算法可应用于任意位数SAR ADC中，所需要随机二进制的pin码的位数做出相应调整，保证SAR ADC的电容阵列中每一位单位电容都有对应的pin码。例如，若SAR ADC中每一组电容阵列的单位电容有16个，那么二进制pin码位数应大于等于4。若SAR ADC中每一组电容阵列的单位电容有32个，那么二进制pin码位数应大于等于5。DWA算法可以应用于单端输入的SAR ADC结构中或者全差分双端输入的SAR ADC中。下面以全差分双端输入，二进制电容阵列权重为8、4、2、1，基于VCM-based电容开关时序的4位SAR ADC为例对DWA算法在SAR ADC中的工作原理进行详细说明。4位二进制SAR ADC的电容权重为8、4、2、1、1，对应的权重电容由C0、C1、C2、C3、Cu表示。图2中每个方格代表一个最小的单位电容，其中Ca-Cp代表着单位电容，这些单位电容构成的权重电容不是固定的，而是在SAR ADC量化开始前，由随机的二进制pin码选择各个单位电容组成某次量化暂时的权重。图2中所示的电容阵列中单位电容为16个，则SAR ADC量化时，系统产生一个长度为4位随机的二进制pin码。二进制pin码所指的电容作为冗余电容，冗余电容之后按顺序选取8个单位电容作为权重为8的电容，接着按顺序选取4个单位电容作为权重为4的电容，接着按顺序选取2个单位电容作为权重为2的电容，最后按顺序选取1个单位电容是权重为1的电容，从而完成电容的分配。这里假设pin码0000指向Ca，pin码0001指向Cb，假设pin码0010指向Cc，pin码0011指向Cd，假设pin码0100指向Ce，pin码0101指向Cf，假设pin码01本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法，其特征在于，所述应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法在逐次逼近型模数转换器电路中加入伪随机数生成器，伪随机数生成器在逐次逼近型模数转换器每次量化前，产生随机pin码，pin码通过逐次逼近型控制逻辑决定每个单位电容的连接，使得单位电容随机的组成不同权重的电容。

【技术特征摘要】
1.一种应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法，其特征在于，所述应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法在逐次逼近型模数转换器电路中加入伪随机数生成器，伪随机数生成器在逐次逼近型模数转换器每次量化前，产生随机pin码，pin码通过逐次逼近型控制逻辑决定每个单位电容的连接，使得单位电容随机的组成不同权重的电容。2.如权利要求1所述的应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法，其特征在于，所述应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法在逐次逼近型模数转换器进行多次量化后，数据权重平均算法使各个权重电容的失配得到随机化和平均化，能使得输出信号的谐波压制到噪底，实现了对输出信号噪声的一阶整形。3.如权利要求1所述的应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法，其特征在于，所述逐次逼近型模数转换器每次量化时组成各个权重电容的最小单位电容是随机选取的。4.如权利要求1所述的应用于逐次逼近型模数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘术彬，刘俊，王国益，
申请(专利权)人：西安电子科技大学昆山创新研究院，西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32