模数转换器及权重电容校准方法技术

本发明专利技术提供一种模数转换器及权重电容校准方法，包括：逐次逼近型模数转换模块，接收输入信号，并对所述输入信号进行模数转换；锁频环模块，连接所述逐次逼近型模数转换模块中各权重电容单元，分别测量各权重电容的容值，并产生相应的频率信号；计数控制模块，连接于所述锁频环模块的输出端，并接收参考时钟，基于所述参考时钟对所述频率信号计数并产生对应权重控制信号，以对所述逐次逼近型模数转换模块中各权重电容的容值进行校准。本发明专利技术对各权重电容的容值大小进行间接测试后进行补偿，权重电容的准确性高；通过参考时钟实现准确测量极校准信息的及时更新，精度高；基于闭环操作实现自动校准。实现自动校准。实现自动校准。

【技术实现步骤摘要】
模数转换器及权重电容校准方法


[0001]本专利技术涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种模数转换器及权重电容校准方法。

技术介绍

[0002]高精度逐次逼近（Successive Approximation，SAR）ADC是一种非常常用的ADC，特别是针对一些高速高精度低功耗的应用。其主要架构简单，由权重电容构成的DAC，比较器以及数字控制逻辑组成一个完整的SAR ADC。也因此，在一些FINFET（鳍式晶体管，Fin Field
‑
effect transistor）工艺节点下，SAR ADC尤其受欢迎。
[0003]但是相比sigma
‑
delta ADC，SAR的精度一般很难做到像Sigma
‑
delta ADC一样高。对于不加任何校准的SAR设计，受限于SAR ADC中DAC权重电容的匹配问题，一般其有效精度最高做到12bit，再往上做就必须引入权重电容的校准技术来消除电容失配导致的有效精度损失。目前研究中，关于权重电容的校准技术比较多，但是各有优劣。
[0004]因此，如何快速地、准确地、方便地校准电容的失配，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种模数转换器及权重电容校准方法，用于解决现有技术中权重电容的校准技术性能不全面的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种模数转换器，所述模数转换器至少包括：逐次逼近型模数转换模块，接收输入信号，并对所述输入信号进行模数转换；锁频环模块，连接所述逐次逼近型模数转换模块中各权重电容单元，分别测量各权重电容的容值，并产生相应的频率信号；计数控制模块，连接于所述锁频环模块的输出端，并接收参考时钟，基于所述参考时钟对所述频率信号计数并产生对应权重控制信号，以对所述逐次逼近型模数转换模块中各权重电容的容值进行校准。
[0007]可选地，各权重电容单元均包括固定电容、可调电容、第一开关、第二开关及第三开关；所述固定电容与所述可调电容并联；所述第一开关的一端连接所述固定电容及所述可调电容的下极板，另一端接地；所述第二开关的一端连接所述固定电容及所述可调电容的下极板，另一端连接参考电压；所述第三开关的一端连接所述固定电容及所述可调电容的下极板，另一端连接所述锁频环模块；所述可调电容的控制端接收对应权重控制信号。
[0008]更可选地，所述逐次逼近型模数转换模块还包括第四开关、第五开关、第一电容、比较单元及数字控制单元；所述第四开关的第一端接收输入信号，第二端连接各权重电容单元中电容的上极板；所述第五开关的第一端连接所述第四开关的第二端，第二端接地；所述第一电容的上极板连接所述第四开关的第二端及所述比较单元的输入端，下极板接地；
所述数字控制单元的输入端连接所述比较单元的输出端，输出数字信号及各权重电容单元的开关控制信号。
[0009]更可选地，所述逐次逼近型模数转换模块为单端输入结构或差分输入结构。
[0010]可选地，所述锁频环模块包括第六开关、第七开关、积分单元、低通滤波单元、压控振荡单元及分频控制单元；所述第六开关的第一端连接所述积分单元的反相输入端，第二端连接所述第七开关的第一端并连接各权重电容单元；所述第七开关的第二端接地；所述第六开关及所述第七开关的控制端连接所述分频控制单元的输出端；所述积分单元对所述第六开关的第一端的信号进行积分操作；所述低通滤波单元连接于所述积分单元的输出端，对所述积分单元的输出信号进行低通滤波；所述压控振荡单元连接于所述低通滤波单元的输出端，基于所述低通滤波单元的输出信号产生相应的振荡信号；所述分频控制单元连接于所述压控振荡单元的输出端，对所述振荡信号分频得到所述频率信号。
[0011]更可选地，所述积分单元包括运算放大器、电阻及第二电容；所述运算放大器的正相输入端接收共模电压，反相输入端连接所述第六开关的第一端并经由所述电阻连接预设电压；所述第二电容连接于所述运算放大器的反相输入端与输出端之间。
[0012]更可选地，所述第六开关与所述第七开关连接节点的电容满足：Ceq=1/(fout*R)；其中，Ceq为所述第六开关与所述第七开关连接节点的电容，R为所述电阻的阻值，fout为所述频率信号的频率。
[0013]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种权重电容校准方法，基于上述模数转换器实现，所述权重电容校准方法至少包括：1）将最低位权重电容接入所述锁频环模块，所述锁频环模块工作并输出所述最低位权重电容对应的频率信号；若所述频率信号大于预设值则增大所述最低位权重电容；若所述频率信号小于所述预设值则减小所述最低位权重电容；2）依次按权重从低到高执行步骤1）得到对应频率信号，并基于频率信号与对应预设值的关系对权重电容进行校准。
[0014]可选地，完成校准后，各权重电容对应的频率按权重从低到高依次递减1倍。
[0015]可选地，基于参考时钟对所述频率信号进行计数，通过计数值判断所述频率信号的大小，进而对权重电容进行校准。
[0016]更可选地，基于所述权重电容锁定频率得到对应频率信号的方法包括：基于反馈的频率信号对所述权重电容进行积分，基于低通滤波后的积分结果产生相应的振荡信号，对所述振荡信号分频后得到所述频率信号。
[0017]如上所述，本专利技术的模数转换器及权重电容校准方法，具有以下有益效果：1、本专利技术的模数转换器及权重电容校准方法利用锁频环对各权重电容的容值大小进行间接测试后进行补偿，权重电容的准确性高。
[0018]2、由于高位权重精度要求更高，其电容失配需要更准确测量，采用本专利技术的锁频环锁定时，高位权重对应的频率更低，也更能通过参考时钟准确测量，精度高。
[0019]3、本专利技术的模数转换器及权重电容校准方法是一个闭环操作，可以完全实现自动校准；通过预留外部时钟参考输入通道，可以根据客户需要在任何时候任何环境下都能反复校准，以避免失配随着环境或者芯片老化而发生变换，导致原来校准信息不适用，做到校
准信息的及时更新。
附图说明
[0020]图1显示为单端输入结构的N
‑
bit 逐次逼近型模数转换模器的结构示意图。
[0021]图2显示为本专利技术的模数转换器的结构示意图。
[0022]元件标号说明1
‑
逐次逼近型模数转换模器；11
‑
第一权重电容；12
‑
第二权重电容；13
‑
第三权重电容；14
‑
比较器；15
‑
数字控制单元；2
‑
模数转换器；21
‑
逐次逼近型模数转换模块；211
‑
最低位权重电容单元；212
‑
次低位权重电容单元；213
‑
最高位权重电容单元；214
‑
比较单元；215
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模数转换器，其特征在于，所述模数转换器至少包括：逐次逼近型模数转换模块，接收输入信号，并对所述输入信号进行模数转换；锁频环模块，连接所述逐次逼近型模数转换模块中各权重电容单元，分别测量各权重电容的容值，并产生相应的频率信号；其中，所述锁频环模块包括第六开关、第七开关、积分单元、低通滤波单元、压控振荡单元及分频控制单元；所述第六开关的第一端连接所述积分单元的反相输入端，第二端连接所述第七开关的第一端并连接各权重电容单元；所述第七开关的第二端接地；所述第六开关及所述第七开关的控制端连接所述分频控制单元的输出端；所述积分单元对所述第六开关的第一端的信号进行积分操作；所述低通滤波单元连接于所述积分单元的输出端，对所述积分单元的输出信号进行低通滤波；所述压控振荡单元连接于所述低通滤波单元的输出端，基于所述低通滤波单元的输出信号产生相应的振荡信号；所述分频控制单元连接于所述压控振荡单元的输出端，对所述振荡信号分频得到所述频率信号；计数控制模块，连接于所述锁频环模块的输出端，并接收参考时钟，基于所述参考时钟对所述频率信号计数并产生对应权重控制信号，以对所述逐次逼近型模数转换模块中各权重电容的容值进行校准。2.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于：各权重电容单元均包括固定电容、可调电容、第一开关、第二开关及第三开关；所述固定电容与所述可调电容并联；所述第一开关的一端连接所述固定电容及所述可调电容的下极板，另一端接地；所述第二开关的一端连接所述固定电容及所述可调电容的下极板，另一端连接参考电压；所述第三开关的一端连接所述固定电容及所述可调电容的下极板，另一端连接所述锁频环模块；所述可调电容的控制端接收对应权重控制信号。3.根据权利要求2所述的模数转换器，其特征在于：所述逐次逼近型模数转换模块还包括第四开关、第五开关、第一电容、比较单元及数字控制单元；所述第四开关的第一端接收输入信号，第二端连接各权重电容单元中电容的上极板；所述第五开关的第一端连接所述第四开关的第二端，第二端接地；所述第一电容的上极板连接所述第四开关的第二端及所述比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尧，李建平，刘兴龙，班桂春，周小雯，刘森，
申请(专利权)人：微龛广州半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：