一种多电容失配误差计算的控制电路与方法技术

本发明专利技术涉及一种多电容失配误差计算的控制电路，包括运算放大器、电容阵列和开关阵列，所述电容阵列连接在运算放大器的正负输入端，所述开关阵列包括控制电容阵列的开关；电容阵列包括电容C

【技术实现步骤摘要】
一种多电容失配误差计算的控制电路与方法
本专利技术涉及集成电路设计与制造
，尤其涉及一种多电容失配误差计算的控制电路与方法。
技术介绍
流水线模数转换器是目前最为主流的高速高精度模数转换器，其中所用电容受到工艺限制，匹配精度一般不超过12位，所以当流水线模数转换器精度提升至12位以上后，需要对模数转换器电容失配进行校准，以满足更高精度的要求。另一方面对于精度超过12位的流水线模数转换器，在对输入信号进行流水线量化时，一般会采用每级多比特的量化方式，其中就会涉及到多电容失配校准。对于多电容失配校准，需要根据流水线待校准级自身电容特点，将每一个电容对应的失配误差计算出来，并进行相应补偿。主流方法是在设定特定且多个校准电压条件下，并将对应的多个电容的误差在数字域进行计算，并在模数转换器正常工作过程中进行实时数字补偿以消除误差。这种方法需要设定多个单独的参考电平，工作效率较低。
技术实现思路
为解决现有的技术问题，本专利技术提供了一种多电容失配误差计算的控制电路与方法。本专利技术的具体内容如下：一种多电容失配误差计算的控制电路，包括运算放大器、电容阵列和开关阵列，所述电容阵列连接在运算放大器的正负输入端，所述开关阵列包括控制电容阵列的开关；电容阵列包括电容C0～Cn-1，其中每个电容分别由独立的开关控制信号Ф0至Фn-1控制，根据不同的开关连接至输入信号Vin、Vcm或参考电压Vp和Vn，ADC的量化幅度Vr＝Vp-Vn，n与当前MDAC量化位数N关系为n＝2N-1，n和N均为正整数。进一步的，运算放大器输入正端与负端分别与其输出负端与正端跨接一个反馈电容Cf，Cf与C0至Cn-1满足Cf＝C0＝Ci，i＝1、2、……、n-1；运算放大器输入正端和负端均由时钟Фc控制的开关连接至Vcm＝(Vp+Vn)/2的共模电压。本专利技术还公开了一种多电容失配误差计算的方法，基于上述多电容失配误差计算的控制电路，包括如下步骤：步骤1，导通Ф0至Фn-1，将运算放大器正端对应的所有电容C0至Cn-1连接至Vin＝+Vr/2N，负端对应的所有电容C0至Cn-1连接至Vin＝-Vr/2N，同时导通Фc，将运算放大器正负两端输入连接至Vcm；完成ADC量化，并记录ADC对应的数字输出编码code_C0；步骤2：使能电容C1，导通Ф1将运算放大器正端电容C1连接至Vp，运算放大器负端电容C1连接至Vn，导通开关Ф0、Ф2至Фn-1并连接至Vcm，断开Cc，完成ADC量化，记录ADC对应的输出数字编码code_C1；步骤3：使能电容C2，导通Ф2将运算放大器正端电容C2连接至Vp，运算放大器负端电容C2连接至Vn，导通开关Ф0至Ф1、Ф3至Фn-1连接至Vcm，断开Cc，完成ADC量化，记录ADC对应的输出数字编码code_C2；依次类推至步骤n，完成电容Cn-1对应的ADC量化的数字输出编码code_Cn-1；将步骤2至n得到的code_Ci(其中i＝1、2、……、n-1)分别与code_C0做差，得到各自电容对应的误差为：Errori＝code_Ci-code_C0，i＝1、2、……、n-1；输入信号位于±k·Vr/2N，k＝1、3、…、2N-3对应区间中的电容对应的失配误差为进一步的，该方法对10位以上流水线ADC进行误差计算。进一步的，该方法对流水线ADC每级1.5～3.5位进行多位量化，对应MDAC量化位数为2～4位。本专利技术可以在仅用唯一一个固定校准电压的条件下，按照相应校准算法，能实现将多个电容的误差在数字域逐一进行计算，以满足正常工作过程中实时数字补偿的要求。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步阐明。图1为本专利技术的多电容失配误差计算的控制电路示意图；图2为本专利技术的多位量化传输曲线；图3为本专利技术的每级2.5位的MDAC模块电路原理图；图4为本专利技术的每级2.5位的多位量化传输曲线；图5为将图3的MDAC电路输入固定在Vr/8电路连接示意图；图6为图3使能C1时MDAC电路连接图。具体实施方式对于多级流水线模数转换器(ADC)，其多电容失配误差计算的控制电路，即内部的余量增益单元(MDAC)电路如图1所示，包括运算放大器，由开关控制的电容阵列C0至Cn-1，其中每个电容均由独立的开关控制信号Ф0至Фn-1分别控制，可根据不同的开关连接至输入信号Vin、Vcm或参考电压Vp和Vn，其中Vr＝Vp-Vn是ADC的量化幅度。其中n与当前MDAC量化位数N关系为n＝2N-1。运算放大器输入正端与负端分别与其输出负端与正端，跨接一个反馈电容Cf，与C0至Cn-1满足Cf＝C0＝Ci，i＝1至n-1。运算放大器输入正端和负端均由时钟Фc控制的开关连接至Vcm＝(Vp+Vn)/2的共模电压。当流水线ADC精度较高时，由于受到工艺制造精度的限制，电容Ci与C0无法满足匹配精度要求，所以通常会对12位乃至10位以上的部分进行校准，以满足高精度ADC需要。同时在流水线ADC中，综合考虑功耗效率与实现的可行性，一般每级1.5至3.5位进行多位(对应MDAC量化位数为2至4位不等)量化，其中多余的0.5位用来进行冗余校正。多位量化传输曲线如图2所示。输出曲线会由于输入信号位于图2中±k·Vr/2N(其中k＝1、3、…、2N-3)不同的区间，而在“上下方向”上产生的不同“平移”，其中j由当前输入Vi在图2中不同区间位置决定，如图2中输入Vi在Vr/2N～3Vr/2N区间内时，j＝1；输入Vi在3Vr/2N～5Vr/2N区间内时，j＝2，以此类推至j＝n-1。若Ci能够与C0准确匹配，则这种“平移”不会引入非线性误差，若不能够准确匹配，则这种“平移”就会引入非线性误差。而本专利技术的多电容失配校准控制电路与方法，就是实现针对图2中±k·Vr/2N位置处的所有电容对应的失配误差进行准确并方便的计算。由于在图2中，横轴“正”与“负”之间是相互对称的，所以以横轴正向对应+k·Vr/2N位置处的所有电容的校准算法予以详细说明。步骤1：导通Ф0至Фn-1，将运放正端对应的所有电容C0至Cn-1连接至Vin＝+Vr/2N，负端对应的所有电容C0至Cn-1连接至Vin＝-Vr/2N，同时导通Фc，将运放正负两端输入连接至Vcm，此时等效为将MDAC输入固定在Vr/2N处。接着按正常流程完成ADC量化，并记录该步骤下ADC对应的数字输出编码code_C0。步骤2：使能电容C1，导通Ф1将运放正端电容C1连接至Vp，运放负端电容C1连接至Vn，导通开关Ф0、Ф2至Фn-1连接至Vcm，断开Cc，完成ADC量化，记录该步骤下ADC对应的输出数字编码code_C1。步骤3：使能电容C2，导通Ф2将运放正端电容C2连接至Vp，运放负端电容C2连接至Vn，导通开关Ф0至Ф1、Ф3至Фn-1连接至Vcm，断开Cc，完成ADC量化，记录该步骤下ADC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电容失配误差计算的控制电路，其特征在于：包括运算放大器、电容阵列和开关阵列，所述电容阵列连接在运算放大器的正负输入端，所述开关阵列包括控制电容阵列的开关；电容阵列包括电容C

【技术特征摘要】
1.一种多电容失配误差计算的控制电路，其特征在于：包括运算放大器、电容阵列和开关阵列，所述电容阵列连接在运算放大器的正负输入端，所述开关阵列包括控制电容阵列的开关；电容阵列包括电容C0～Cn-1，其中每个电容分别由独立的开关控制信号Ф0至Фn-1控制，根据不同的开关连接至输入信号Vin、Vcm或参考电压Vp和Vn，ADC的量化幅度Vr＝Vp-Vn，n与当前MDAC量化位数N关系为n＝2N-1，n和N均为正整数。


2.根据权利要求1所述的多电容失配误差计算的方法，其特征在于：运算放大器输入正端与负端分别与其输出负端与正端跨接一个反馈电容Cf，Cf与C0至Cn-1满足Cf＝C0＝Ci，i＝1、2、……、n-1；运算放大器输入正端和负端均由时钟Фc控制的开关连接至Vcm＝(Vp+Vn)/2的共模电压。


3.一种多电容失配误差计算的方法，其特征在于：基于如权利要求1～2任一所述的多电容失配误差计算的控制电路，包括如下步骤：
步骤1，导通Ф0至Фn-1，将运算放大器正端对应的所有电容C0至Cn-1连接至Vin＝+Vr/2N，负端对应的所有电容C0至Cn-1连接至Vin＝-Vr/2N，同时导通Фc，将运算放大器正负两端输入连接至Vcm；完成ADC量化，并记录ADC对应的数字输出编码code_...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，张理振，徐宏林，沈逸骅，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32