適用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容線性度自動校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及模擬集成電路領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電荷重分配陣列是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中一個重要的組成部分，通常用在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 的內(nèi)部實現(xiàn)采樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換。為了提高精度，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的電荷重分配電路提出了 更高的要求。由于電荷重分配陣列采用的是電容陣列的結(jié)構(gòu)，因此電荷重分配陣列的匹配 特性很大程度上取決于電容的匹配精度。
[0003] 電容的匹配性是由電容的長、寬及所選電容匹配特性決定。
[0004] 電容具有二階特性，如圖1所示，電容上的偏置電壓不同會使容值發(fā)生變化，根據(jù) 工藝提供的不同電容值，電容的線性度變化可W從幾十PPM變化到幾百PPM。對于16位模數(shù) 轉(zhuǎn)換器來說ILSB相當于15ppm。對于18位模數(shù)轉(zhuǎn)換器來說ILSB要小于4ppm。在此種應用中電 容的線性度對轉(zhuǎn)換的結(jié)果產(chǎn)生了很大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種能夠?qū)﹄娙菥€性度進行自動校正的方 法。
[0006] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，適用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容線性度自 動校正方法，其特征在于，包括下述步驟：
[0007] 1)轉(zhuǎn)換誤差校正；
[000引2)采樣誤差校正；
[0009] 3)獲得最終數(shù)據(jù)。
[0010] 所述步驟1)包括：
[0011] 1.1測試單位電容的線性度系數(shù)，然后對測試結(jié)果進行分段，得到分段系數(shù)表，分 段的數(shù)量為預設(shè)；
[0012] 1.2依據(jù)對輸入信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，推算出電容陣列內(nèi)部連接Vrefh的等效 電容數(shù)量和連接Vref山勺等效電容數(shù)量；
[001引1.3Vx為電容陣列采樣時接的固定電位。依據(jù)分段系數(shù)表，確定Vrefh-Vx對應的線性 度系數(shù)Svrefh-Vx，W及Vrefl-Vx對應的線性度系數(shù)Svrefl-Vx, W及輸入電壓Vin對應的線性度系數(shù)
Svin-Vx ;
[0014] 1.4由： 計算校正 數(shù)據(jù)Dc化；
[0015] 1.5依據(jù)C比]=D比]+DcalD比]計算經(jīng)轉(zhuǎn)換誤差校正后的數(shù)據(jù)C比];
[0016] 所述步驟2)為：
[0017]依據(jù)巧巧=('[。+(T/小如、，進行采樣誤差校正；
[001引所述步驟3)為：
[0019] WB比]作為校正完成的最終數(shù)據(jù)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明的電容線性度自動校正算法，在不降低電容匹配誤 差的情況下，抑制了電容線性度對轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響，大幅提高了電容的匹配精度。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為電容線性度的二階效應示意圖。
[0022] 圖2為電容線性度的二階效應16分段示意圖。
[0023] 圖3為電容線性度校正算法結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖4為實施例中12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 參見圖1~4。
[00%]電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用電荷重分配陣列作為片內(nèi)DAC進行比較產(chǎn)生轉(zhuǎn)換結(jié)果，該 轉(zhuǎn)換結(jié)果的精度很大程度上取決于電荷重分配陣列的匹配精度。
[0027] 電荷重分配陣列的精度取決內(nèi)部選用的電容塊的匹配精度。電容的匹配特性除了 受本身的特性影響還受電容的長寬的影響。即電容的長寬比越大，電容的匹配特性越好。電 容的匹配特性還受電容的線性度影響，通常電容上所加的偏置電壓為基準電壓、輸入電壓 和地電平，當連接運=個電壓時，由于電容線性度的影響，導致實際的電容陣列值在運=個 偏置電壓時都不相同，影響了電容的實際匹配特性。
[0028] 電容線性度校正算法讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)判斷輸入電壓的 粗略大小，然后根據(jù)輸入電壓的大小得出由輸入電壓引起的電容線性度誤差，最后再把運 部分誤差消除。
[0029] 根據(jù)轉(zhuǎn)換的實際情況，由電容線性度引入的誤差主要存在于W下幾個方面。
[0030] 采樣階段，由于輸入電壓不一樣導致采樣時加在電容兩端的電壓值隨輸入電壓而 發(fā)生變化，由電容線性度的影響，運會導致采樣電容值隨輸入電壓而發(fā)生變化，由于Q = CU, 采樣電容和采樣電壓都隨輸入電壓發(fā)生變化則會引入一個顯著的二階效應。
[0031] 轉(zhuǎn)換階段，電容一端接基準電壓高或基準電壓低，另一端按電荷重分配模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的特性可近似等于電容采樣時的固定電位VXdVx的值按照整體模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計來決 定。則電容兩端的壓差為(Vref-Vx)或者0-Vx。由電容線性度的影響，電容的匹配特性受到了 很大的影響，特別是高權(quán)位的電容。
[0032] 根據(jù)測試的結(jié)果將電容的線性度曲線進行分段。分段的段數(shù)根據(jù)轉(zhuǎn)換器的精度進 行設(shè)定。此處W16段來示例。電容的線性度系數(shù)W16段的形式存儲下來。實際中可根據(jù)使用 要求分為1-65536段。
[0033] 校正分為兩部分首先是校正轉(zhuǎn)換過程的電容線性度誤差。
[0034] 轉(zhuǎn)換過程的先讀取轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為D[K](其中K為轉(zhuǎn)換器中需要 校正的數(shù)據(jù)位數(shù)），根據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)反推出電容陣列中一端接Vrefh的電容個數(shù)和一端接 VRE化的電容個數(shù)Crefh和Crefl。然后根據(jù)公式計算出總的誤差。其中為W,,.-馬為Vrefh-Vx對應電 壓分段的電容線性度誤差校正系數(shù)對應電壓分段的電容線性度誤差校 正系數(shù)，該系數(shù)為相對系數(shù)，W電容在某個偏置電壓下的電容值為基準。.
[0036] 根據(jù)上述公式計算出校正數(shù)據(jù)Deal后，再將Deal與D[K]進行加減運算即可W完成第 一步校正，得到校正后的數(shù)據(jù)C比]。
[0037] C[K]=D[K]+DcalD[K]
[0038] 其次是校正輸入采樣的電容線性度誤差。
[0039] 根據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)判斷出輸入電壓處在16段中的哪一個區(qū)域，然后選中該段的 電容線性度系數(shù)。該系數(shù)為相對系數(shù)，W電容在某個偏置電壓下的電容值為基準。Svin-Vx為 輸入電壓采樣時對應的電容線性度分段系數(shù)。
[0040] 巧怎]=巧足]
[0041 ]通過上述運算得到最終的數(shù)據(jù)B比]。
[0042] 本發(fā)明應用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計中。
[0043] 當模數(shù)轉(zhuǎn)換器開始工作時，主模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電荷重分配電容陣列進行采樣，此時 根據(jù)輸入信號的不同會引入一個誤差，即輸入信號不同，由于受電容線性度影響，采樣電容 的值發(fā)生變化，導致采樣的絕對精度變低。
[0044] 當模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換時，接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器電容兩端的偏置電壓不同，由于受電 容線性度影響，電容的值發(fā)生變化，導致轉(zhuǎn)換的絕對精度變低。
[0045] 電容線性度校正算法根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，再加上電容線性度系數(shù)，通過 相關(guān)算法能夠得出由于電容線性度對轉(zhuǎn)換帶來的影響，再對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果進行處 理，得到校正后的數(shù)據(jù)，抑制了模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性度的影響。
[0046] W12位AD轉(zhuǎn)換器圖4所示的校正為例，首先按圖1所示測試單位電容的線性度系 數(shù)。然后根據(jù)設(shè)計需要對測試的結(jié)果進行分段，示例分為16段。故分段系數(shù)為Si~Si6。對應 的單位電容兩端的電壓范圍為-2.5V至+2.5V。即Si對應于-2.5V至-2.1875V段，后續(xù)依次類 推，每一分段電壓范圍為0.3125V。
[0047] 設(shè)置輸入電壓范圍為0-2.5V，則Vrefh為2.5V，Vrefl為OV。電容采樣時VOUT端接的固 定電位Vx設(shè)置為1.化V。
[004引下面W輸入為1.25V時來具體分析，當輸入信號為1.25V，轉(zhuǎn)換的結(jié)果為D[12]為 !000_0000_0000,則根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)可W反推算出內(nèi)部連接Vrefh的等效電容個數(shù)為 32C連接Vre化的個數(shù)為32C，實際設(shè)計中為了簡化計算，提高運算速度，不考慮禪合電容CC帶 來的影響。Crefh設(shè)為32C，Crefi簡化為32C，Ct日TAL為Crefi和Crefh之和。首先校正轉(zhuǎn)換誤差，Vx的 電壓為 1.25V，Vrefh-Vx 為 1.25￥，￥[?￡。1-￥<為-1.25￥，根據(jù)電容
[0049] 分段系數(shù)表可推算出％￡^-枝為哼為S日，％^為58。
[0050] 按照
[0052] C[K]=D[K]+DcalD[K]
[005；3]巧欠]二（T_/n + (，l乂>:希,、，r
[0054] 公式即可計算出DCAL和后續(xù)的C比]，最后得到校正后的數(shù)據(jù)B比]。
[0055] 本發(fā)明提出一種電容線性度自動校正算法，能夠有效降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的線性誤 差，所述算法包括線性度分段存儲、輸入數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換線性度校正、采樣線性度校正、輸出數(shù) 據(jù)。
[0056] 本發(fā)明的電容線性度校正算法應用在模數(shù)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，使得轉(zhuǎn)換和采樣過程中的電 容線性度誤差由于校正算法的影響大幅降低。
【主權(quán)項】
1. 適用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容線性度自動校正方法，其特征在于，包括下述步驟： 1) 轉(zhuǎn)換誤差校正； 2) 采樣誤差校正； 3) 獲得最終數(shù)據(jù)。2. 如權(quán)利要求1所述的適用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容線性度自動校正方法，其特征在于，所 述步驟1)包括： 1.1測試單位電容的線性度系數(shù)，然后對測試結(jié)果進行分段，得到分段系數(shù)表，分段的 數(shù)量為預設(shè)； 1.2依據(jù)對輸入信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，推算出電容陣列內(nèi)部連接Vrefh的等效電容數(shù) 量和連接Vrefl的等效電容數(shù)量； 1.3依據(jù)分段系數(shù)表，確定Vrefh-Vx對應的線性度系數(shù)SvREFH-Vx，W及Vrefl-Vx對應的線性 度系數(shù)SvREFL-Vx，W及輸入電壓ViN對應的線性度系數(shù)δν?Ν-Vx; 1.5由計算校正數(shù)據(jù) Dcal； 1.6依據(jù)C比]=D比]+DcalD比]計算經(jīng)轉(zhuǎn)換誤差校正后的數(shù)據(jù)C比]; 所述步驟2)為： 依據(jù)巧。二〇巧+qx] X知進行采樣誤差校正； 所述步驟3)為： WB比]作為校正完成的最終數(shù)據(jù)。
【專利摘要】適用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容線性度自動校正方法，涉及模擬集成電路領(lǐng)域。本發(fā)明包括下述步驟：1)轉(zhuǎn)換誤差校正；2)采樣誤差校正；3)獲得最終數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明的電容線性度自動校正算法，在不降低電容匹配誤差的情況下，抑制了電容線性度對轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響，大幅提高了電容的匹配精度。
【IPC分類】H03M1/10, H03M1/12
【公開號】CN105577190
【申請?zhí)枴緾N201510981526
【發(fā)明人】胡達千
【申請人】成都華微電子科技有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月23日