專利名稱：基于電荷補償?shù)膕ar 結(jié)構(gòu)adc 修調(diào)方法及修調(diào)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子電路設(shè)計技術(shù)，涉及基于電荷補償?shù)腟AR結(jié)構(gòu)ADC修調(diào)方法及修調(diào)電路。
背景技術(shù)：
SAR結(jié)構(gòu)ADC (逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器)是ADC中很大的一個種類，對12位以上精度的SAR ADC，基本上使用電容陣列結(jié)構(gòu)或電阻電容混合陣列結(jié)構(gòu)，但該兩種結(jié)構(gòu)對電容和電阻的匹配性提出了很高的要求。目前工藝水平，常規(guī)的工藝中電容的失配在0.1%左右，理論上可能的ADC精度只能達到10位，如果需設(shè)計更高的精度ADC，大多需要進行修調(diào)，一般的修調(diào)方法是采用激光進行電容的切割實現(xiàn)匹配，但該方法有兩個缺點:1.不適合大規(guī)模量產(chǎn)；2.激光修調(diào)需特殊的器件，工藝平臺受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于電荷補償?shù)腟AR結(jié)構(gòu)ADC修調(diào)方法及修調(diào)電路，通過對失配電容進行電荷補償達到電容匹配的目的，補償向量可通過寄存器配置，適合量產(chǎn)及測試，并可在大部分工藝平臺實施。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于電荷補償?shù)腟AR結(jié)構(gòu)ADC修調(diào)電路，其特殊之處是，包含一個寄存器組、一個衰減電容和一個修調(diào)陣列，所述寄存器組包含多組寄存器，所述寄存器的數(shù)量和待修調(diào)的主電容陣列的開關(guān)個數(shù)一致；所述修調(diào)陣列包含多個2進制權(quán)重電容網(wǎng)絡(luò)，所述電容網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量和待修調(diào)的主電容陣列的開關(guān)個數(shù)一致，所述修調(diào)陣列通過衰減電容耦合至待修調(diào)的主電容陣列；所述寄存器控制修調(diào)陣列中相應(yīng)的電容開關(guān)切換方向。
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一種基于電荷補償?shù)腟AR結(jié)構(gòu)ADC修調(diào)方法，包括以下步驟:步驟I初始化最高位開關(guān)對應(yīng)的寄存器；SAR結(jié)構(gòu)ADC中待修調(diào)的主電容陣列最高位開關(guān)(SII)閉合，將相應(yīng)的比較電荷Q’注入待修調(diào)的主電容陣列，Q’ =2n^C*Vin+AQ,其中:Vin為待轉(zhuǎn)換的輸入電壓；n為待修調(diào)的主電容陣列對應(yīng)開關(guān)的數(shù)量；C為待修調(diào)的主電容最低位對應(yīng)的理想電容值；AQ=0 C*Vin為誤差電荷；σ為最高位開關(guān)對應(yīng)電容的歸一化偏差系數(shù)；步驟2調(diào)整步驟:步驟2.1通過主機接口向最高位開關(guān)對應(yīng)的寄存器寫入調(diào)試值，寄存器根據(jù)調(diào)試值產(chǎn)生相對應(yīng)的調(diào)試電荷,并將調(diào)試電荷注入待修調(diào)的主陣列；步驟2.2將調(diào)試電荷與誤差電荷進行比較，根據(jù)比較結(jié)果通過主機接口改變寄存器的調(diào)試值，直至調(diào)試電荷與誤差電荷相抵消；步驟2.3將最終調(diào)試值固化在該寄存器中；步驟3按照高位到低位的順序，重復(fù)步驟I和步驟2直至最低位的最終調(diào)試值固化在寄存器中，完成修調(diào)。
本發(fā)明的優(yōu)點是:1、便于量產(chǎn)。本發(fā)明使用主機接口改變寄存器的形式調(diào)整性能，適合大多數(shù)的測試臺并適合測試編程,測試成本較低,效率高。2、適應(yīng)平臺廣泛。本發(fā)明的調(diào)整過程不需要使用特殊器件，工藝平臺限制少，適合大多數(shù)的工藝平臺。3、修調(diào)范圍可控，方向可控，精度高。本發(fā)明使用耦合電容控制修調(diào)范圍，通過開關(guān)切換控制電荷的注入和抽取實現(xiàn)修調(diào)方向的控制，注入精度控制在0.1%，同時通過2進制電容網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)256階可調(diào)，修調(diào)精度很高，單步修調(diào)精度可達到4ppm。4、本發(fā)明為ADC的修調(diào)提供了一種新的方式。5、本發(fā)明適用于電容陣列型ADC及混合型ADC。6、使用本發(fā)明成功將某芯片的特性從IObit精度提高至12bit精度。


圖1是本發(fā)明的電路原理示意圖；圖中:S7_S11為待修調(diào)主電容陣列的高位開關(guān)，K0-K5為修調(diào)陣列電容開關(guān)，refp為正輸入基準，Vin為輸入電壓信號，AINJN為負輸入基準。
具體實施例方式
本發(fā)明的電路原理示意參見圖1，包含一個寄存器組、一個衰減電容和一個修調(diào)陣列，待修調(diào)的主電容陣列的開關(guān)個數(shù)為5個，相應(yīng)寄存器組包含5組寄存器，相應(yīng)修調(diào)陣列包括5個2進制權(quán)重電容網(wǎng)絡(luò)；修調(diào)陣列通過衰減電容耦合至待修調(diào)的主電容陣列，寄存器控制修調(diào)陣列中相應(yīng)的電容開關(guān)切換方向。本發(fā)明的實施流程為:步驟1:初始化Sll開關(guān)對應(yīng)的寄存器；SAR結(jié)構(gòu)ADC中待修調(diào)的主電容陣列Sll開關(guān)閉合，將相應(yīng)的比較電荷Q’注入待修調(diào)的主電容陣列，Q’ =16C*Vin+AQ,其中:Vin為待轉(zhuǎn)換的輸入電壓；C為待修調(diào)的主電容S7開關(guān)對應(yīng)的理想電容值；AQ=O C*Vin為誤差電荷；σ為Sll開關(guān)對應(yīng)電容的歸一化偏差系數(shù)；步驟2:調(diào)整步驟:步驟2.1:通過主機接口向Sll開關(guān)對應(yīng)的寄存器寫入調(diào)試值，寄存器根據(jù)調(diào)試值產(chǎn)生相對應(yīng)的調(diào)試電荷,并將調(diào)試電荷注入待修調(diào)的主陣列；步驟2.2:將調(diào)試電荷與誤差電荷進行比較，根據(jù)比較結(jié)果通過主機接口改變寄存器的調(diào)試值，直至調(diào)試電荷與誤差電荷相抵消；步驟2.3:將最終調(diào)試值固化在該寄存器中；步驟3:重復(fù)步驟I和步驟2直至Sll至S7對應(yīng)的最終調(diào)試值全部固化在寄存器中，完成修調(diào)。本發(fā)明原理及工作過程待修調(diào)的主陣列的Sll開關(guān)閉合，將電容注入待修調(diào)的主陣列，理想的注入電荷為 Q=16C*Vin ；考慮到工藝偏差的比例關(guān)系，實際的C為C+ σ C,因此注入電荷為Q’ =16C*Vin+AQ，AQ=oC*Vin，其中σ為Sll開關(guān)對應(yīng)電容的歸一化偏差系數(shù)，因此Λ Q為誤差電荷。在待修調(diào)的主陣列增加修調(diào)電容陣列，當(dāng)進行Sll操作時，通過修調(diào)陣列向主陣列注入電荷，注入電荷量由寄存器配置并使得注入電荷等于Q2=_ Δ Q=- σ C*Vin。此時Sll開關(guān)操作時總的電荷注入量:Ql=Qj +Q2=16C*Vin+ Λ Q- Λ Q=16C*Vin因此通過修調(diào)陣列對誤差電荷的補償，達到了理想的電荷比例。在SlO — S7，操作中，每次操作均通過相應(yīng)的寄存器控制修調(diào)陣列中的相應(yīng)電容向待修調(diào)的主陣列補償誤差電荷，使得最終每次操作后的電荷注入滿足8C*Vin，4C*vin，2C*vin，C*vin的嚴格比例關(guān)系，達到補償了工藝的非理想偏差目的。在SAR型ADC中，ADC的精度嚴格依賴于電容陣列的比例值，但在實際工藝中都會引入偏差，使得圖1中的主電容陣列比例并不相同，因此在轉(zhuǎn)換過程中，每次電荷分配并不是嚴格遵守2進制權(quán)重的關(guān)系，導(dǎo)致偏差。本技術(shù)發(fā)明的方案是在Sll S7開關(guān)操作時進行電荷再分布時，通過一個電荷注入/抽取網(wǎng)絡(luò)，向電容陣列注入或抽取一定的電荷，電荷量等于因為電容比例的誤差所損失的電荷，最終電荷分配操作+注入/抽取符合2進制權(quán)重比例關(guān)系，從而改善ADC轉(zhuǎn)換時每步操作的比例關(guān)系，達到提高線性度的目的。本發(fā)明的主要關(guān)鍵在使用電荷補償?shù)脑韺DC中電容的失配引起的ADC線形偏差進行精確的修調(diào)，同時該技術(shù)適用寄存器配置或熔絲固化，避免了激光電容修調(diào)的過程，并避免了薄膜電阻和PIP電容的使用。
權(quán)利要求
1.一種基于電荷補償?shù)腟AR結(jié)構(gòu)ADC修調(diào)電路，其特征在于:包含一個寄存器組、一個衰減電容和一個修調(diào)陣列，所述寄存器組包含多組寄存器，所述寄存器的數(shù)量和待修調(diào)的主電容陣列的開關(guān)個數(shù)一致；所述修調(diào)陣列包含多個2進制權(quán)重電容網(wǎng)絡(luò)，所述電容網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量和待修調(diào)的主電容陣列的開關(guān)個數(shù)一致，所述修調(diào)陣列通過衰減電容耦合至待修調(diào)的主電容陣列；所述寄存器控制修調(diào)陣列中相應(yīng)的電容開關(guān)的切換方向。
2.一種基于電荷補償?shù)腟AR結(jié)構(gòu)ADC修調(diào)方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟I初始化最高位開關(guān)對應(yīng)的寄存器；SAR結(jié)構(gòu)ADC中待修調(diào)的主電容陣列最高位開關(guān)(Sll)閉合，將相應(yīng)的比較電荷Q’注入待修調(diào)的主電容陣列，Q^MOVin+AQ，其中:Vin為待轉(zhuǎn)換的輸入電壓；n為待修調(diào)的主電容陣列對應(yīng)開關(guān)的數(shù)量；C為待修調(diào)的主電容最低位對應(yīng)的理想電容值；AQ=O C*Vin為誤差電荷；σ為最高位開關(guān)對應(yīng)電容的歸一化偏差系數(shù)； 步驟2調(diào)整步驟: 步驟2.1通過主機接口向最高位開關(guān)對應(yīng)的寄存器寫入調(diào)試值，寄存器根據(jù)調(diào)試值產(chǎn)生相對應(yīng)的調(diào)試電荷，并將調(diào)試電荷注入待修調(diào)的主陣列； 步驟2.2將調(diào)試電荷與誤差電荷進行比較，根據(jù)比較結(jié)果通過主機接口改變寄存器的調(diào)試值，直至調(diào)試電荷與誤差電荷相抵消； 步驟2.3將最終調(diào)試值固化在該寄存器中； 步驟3按照高位到低位的順序，重復(fù)步驟I和步驟2直至最低位的最終調(diào)試值固化在寄存器中，完成修 調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于電荷補償?shù)腟AR結(jié)構(gòu)ADC修調(diào)方法及修調(diào)電路，該電路包含寄存器組、衰減電容和修調(diào)陣列，寄存器組包含多組寄存器，修調(diào)陣列包含多個2進制權(quán)重電容網(wǎng)絡(luò)，修調(diào)陣列通過衰減電容耦合至待修調(diào)的主電容陣列；寄存器控制修調(diào)陣列中相應(yīng)的電容開關(guān)切換方向。本發(fā)明通過對失配電容進行電荷補償達到電容匹配的目的，補償向量可通過寄存器配置，適合量產(chǎn)及測試，并可在大部分工藝平臺實施。
文檔編號H03M1/12GK103152046SQ20121057875
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者田澤, 邵剛, 趙強, 郭蒙 申請人:中國航空工業(yè)集團公司第六三一研究所