一种用于多通道ADC的增益失配误差校准电路的制作方法

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种用于多通道adc的增益失配误差校准电路。

背景技术

精度14位、采样速率大于100msps的流水线adc（模数转换器），一直是各类中频采样系统的主要选择，因而被大规模运用于多载波宽带无线通信和雷达接收等电子应用系统中。为降低成本和提高可靠性，各类电子系统对于低功耗和小型化的需求日益突出，其对所使用adc电路的功耗和面积要求日益严格。为提高流水线adc的集成度，通常采用单芯片集成多通道adc电路的方式来降低板级系统设计时所占用的空间。为实现流水线adc电路的多通道集成，其所使用的单通道流水线adc内核电路必须具备一些特别要求：首先，该adc内核必须具备低功耗和小面积特性，否则，多通道集成带来的功耗和可靠性问题将极大限制板级系统应用；其次，该adc内核必须使用尽可能少的输出端口数，否则，集成后带来的封装问题和板级系统的高速信号线的布线问题均会带来极大限制。

除此之外，当多通道adc在同一颗芯片集成时，由于不同芯片区域之间的器件参数存在不匹配，导致多通道adc之间的增益出现匹配误差。特别对于高速高精度adc，不同通道adc之间的增益不匹配影响会非常明显，这种失配误差不同步对于雷达和多通道无线通信等系统性能有着更大影响。因此需要一定的校正方法将该类增益失配误差加以去除。因此设计可对多通道adc之间的增益失配误差进行自校准的电路很有现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于多通道adc的增益失配误差校准电路，以解决现有的不同通道adc之间的增益不匹配的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于多通道adc的增益失配误差校准电路，包括：基准电压产生电路、基准电压远程驱动电路、m个基准电压调整电路、m通道的n位模数转换器、m个n位输出寄存器、校准基准信号产生电路、n位数字减法电路以及控制电路；各个基准电压调整电路、各个通道的n位模数转换器和各个n位输出寄存器一一相对应；

其中，基准电压产生电路产生一个基准电压输入到基准电压远程驱动电路；基准电压远程驱动电路的m路输出基准电压分别连接到m个基准电压调整电路的基准电压输入端，第m+1路输出基准电压vrinref连接到校准基准信号产生电路的基准电压输入端；控制电路的m个控制信号输出端输出的m个控制信号分别连接m个基准电压调整电路的控制信号输入端，控制电路的m个k位补偿码输出端输出的k位补偿码1~m分别连接m个基准电压调整电路的补偿码输入端；基准电压调整电路的基准电压输出端连接相对应的n位模数转换器，校准基准信号产生电路的校准电压信号输出端vr_cal连接m通道的n位模数转换器；n位模数转换器输出的n位数字码经过相对应的n位输出寄存器后得到量化码；n位数字减法电路的m+1组数字码输入端分别连接到m个n位输出寄存器和校准基准信号产生电路的基准输出量化码输出端dref；校准基准信号产生电路的控制输入端连接到控制电路的k位选择码输出端口；n位数字减法电路的k位量化码输出端连接到控制电路的误差输入端口；控制电路的校准控制信号ctrl_mode输出端口连接到n位数字减法电路和校准基准信号产生电路的校准控制信号输入端口；控制电路的k位全局调整码输出端连接基准电压远程驱动电路的输入端；

其中，n和m均为任意正整数，k为不大于n的正整数。

可选的，所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路包括校准模式和补偿模式；

在进入校准模式时，所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路依次对m通道的n位模数转换器进行增益失配误差校准，依次产生m组k位补偿码；在进入补偿模式时，m组k位补偿码保持不变，所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路同时对m通道的n位数模转换器进行增益失配误差补偿，所述校准基准信号产生电路和n位数字减法电路被关闭以降低功耗。

可选的，所述基准电压远程驱动电路包括：一个基准电压编程调整电路和m+1个电压远程驱动电路；基准电压编程调整电路的输出端同时连接m+1个电压远程驱动电路；基准电压编程调整电路的输出电压受k位全局调整码控制。

可选的，所述校准基准信号产生电路包括：一个可编程校准电压产生电路和基准输出量化码产生电路；

所述可编程校准电压产生电路的参考电压输入端连接到基准电压远程驱动电路的第m+1路输出基准电压vrinref，可编程校准电压产生电路在k位选择码的控制下输出校准基准电压；基准输出量化码产生电路在k位选择码的控制下输出基准输出量化码。

可选的，所述基准输出量化码产生电路仅在校准模式下工作，包括均受ctrl_mode信号控制的rom查找表、rom模块和基准量化码输出电路；k位选择码进入rom查找表，得到相应的地址给rom模块，rom模块将相应地址对应存储器单元中所存储的基准量化码数据输出给基准量化码输出电路，基准量化码输出电路输出基准输出量化码。

可选的，所述控制电路包括：核心控制电路、选择码产生电路、调整码产生电路、运算电路、k位寄存器组、补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m和通道选择电路；

其中，核心控制电路的输入端连接校准启动信号，核心控制电路的第一输出端连接通道选择电路的控制输入端，第二输出端连接运算电路的控制输入端，第三输出端连接选择码产生电路的控制输入端，第四输出端连接调整码产生电路的控制输入端，第五输出端连接k位寄存器组的控制输入端，第六～第m+5输出端产生的m个校准控制信号ctrl1～ctrlm分别连接补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m；运算电路的数据输入端接收k位寄存器组输出端发送的数据，并根据核心控制电路的控制指令产生k位误差码；补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m的数据输入端全部连接到运算电路的k位误差码输出端，补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m的输出端分别连接到通道选择电路的第1～第m数据输入端；通道选择电路根据核心控制电路的控制指令输出k位补偿码1~m；选择码产生电路根据核心控制电路的控制指令产生k位选择码；调整码产生电路根据核心控制电路的控制指令产生k位全局调整码；k位寄存器组的数据输入端接收所述n位数字减法电路的输出端发送的k位量化码，并根据核心控制电路的控制指令将存储在其内部寄存器内的数据发送给运算电路。

可选的，所述校准控制信号ctrl1～ctrlm在校准模式下，任意时刻仅有其中一个信号有效；在对m通道的n位模数转换器进行校准的过程中，所述通道选择电路将进行校准的n位模数转换器对应的补偿码输出寄存器的输出打开，其余补偿码输出寄存器的输出被关闭。

可选的，所述运算电路采用二分逐次逼近算法产生k位误差码，每次运算只改变k位误差码中的1位；最终输出保持不变的k位误差码需要循环运算k次才能确定。

在本发明中提供了一种用于多通道adc的增益失配误差校准电路，包括：基准电压产生电路、基准电压远程驱动电路、m个基准电压调整电路、m通道的n位模数转换器、m个n位输出寄存器、校准基准信号产生电路、n位数字减法电路以及控制电路。该用于多通道adc的增益失配误差校准电路能够根据系统精度和硬件开销自动折衷选择校准精度，并且具有低功耗特点。

附图说明

图1是用于多通道adc的增益失配误差校准电路的结构示意图；

图2是基准电压远程驱动电路的结构示意图；

图3是基准电压编程调整电路的结构示意图；

图4是校准基准信号产生电路的结构示意图；

图5是基准输出量化码产生电路的结构示意图；

图6是控制电路的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于多通道adc的增益失配误差校准电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明提供了一种用于多通道adc的增益失配误差校准电路，如图1所示。所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路包括：基准电压产生电路、基准电压远程驱动电路、m个基准电压调整电路、m通道的n位模数转换器、m个n位输出寄存器、校准基准信号产生电路、n位数字减法电路以及控制电路。其中，m个基准电压调整电路分别为基准电压调整电路1、基准电压调整电路2、...、基准电压调整电路m，m通道的n位模数转换器分别为n位模数转换器1、n位模数转换器2、...、n位模数转换器m，m个n位输出寄存器分别为n位输出寄存器1、n位输出寄存器2、...、n位输出寄存器m。各个基准电压调整电路、各个通道的n位模数转换器和各个n位输出寄存器一一相对应。具体的，基准电压调整电路1、n位模数转换器1和n位输出寄存器1依次相连，基准电压调整电路2、n位模数转换器2和n位输出寄存器2依次相连，...，基准电压调整电路m、n位模数转换器m和n位输出寄存器m依次相连。

其中，基准电压产生电路产生一个基准电压输入到基准电压远程驱动电路；基准电压远程驱动电路的m路输出基准电压分别连接到m个基准电压调整电路的基准电压输入端：基准电压vrin1连接基准电压调整电路1，基准电压vrin2连接基准电压调整电路2，...，基准电压vrinm连接基准电压调整电路m；基准电压远程驱动电路的第m+1路输出基准电压vrinref连接到校准基准信号产生电路的基准电压输入端。控制电路的m个控制信号输出端输出的m个控制信号ctrl1~m分别连接m个基准电压调整电路的控制信号输入端：控制信号ctrl1连接基准电压调整电路1的控制信号输入端，控制信号ctrl2连接基准电压调整电路2的控制信号输入端，...，控制信号ctrlm连接基准电压调整电路m的控制信号输入端。控制电路的m个k位补偿码输出端输出的k位补偿码1~m分别连接m个基准电压调整电路的补偿码输入端。每个基准电压调整电路的基准电压输出端连接相对应的n位模数转换器，校准基准信号产生电路的校准电压信号输出端输出的校准电压信号vr_cal输送到m通道的n位模数转换器；各通道的n位模数转换器输出的n位数字码经过相对应的n位输出寄存器后得到量化码；n位数字减法电路的m+1组数字码输入端分别连接到m个n位输出寄存器和校准基准信号产生电路的基准输出量化码输出端。具体的，n位数字减法电路的d1输入端连接n位输出寄存器1的基准输出量化码输出端，n位数字减法电路的d1输入端连接n位输出寄存器1的输出端d1，n位数字减法电路的d2输入端连接n位输出寄存器2的输出端d2，...，n位数字减法电路的dm输入端连接n位输出寄存器m的输出端dm，n位数字减法电路的dref输入端连接校准基准信号产生电路的输出端dref。校准基准信号产生电路的控制输入端连接到控制电路的k位选择码输出端口；n位数字减法电路的k位量化码输出端连接到控制电路的误差输入端口；控制电路的校准控制信号ctrl_mode输出端口同时连接到n位数字减法电路和校准基准信号产生电路的校准控制信号输入端口；控制电路的k位全局调整码输出端连接基准电压远程驱动电路的输入端。并且，n和m均为任意正整数，k为不大于n的正整数。

所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路包括校准模式和补偿模式；在进入校准模式时，所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路依次对m通道的n位模数转换器进行增益失配误差校准，依次产生m组k位补偿码；在进入补偿模式时，m组k位补偿码保持不变，所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路同时对m通道的n位数模转换器进行增益失配误差补偿，所述校准基准信号产生电路和n位数字减法电路被关闭以降低功耗。

上述电路的工作原理为：当校准模式开启时，控制电路通过ctrl_mode信号首先控制n位数字减法电路和校准基准信号产生电路进入校准模式，同时所述控制电路输出k位选择码给所述校准基准信号产生电路；另外，所述控制电路输出第一校准控制信号ctrl1到基准电压调整电路1控制所述基准电压调整电路1进入校准模式，开始对n位模数转换器电路1进行增益失配误差校准。控制电路然后产生第一组k位选择码；第一组k位选择码进入校准基准信号产生电路并产生第一组基准输出量化码dref(1)，以及第一校准基准电压vr_cal(1)；第一校准基准电压vr_cal(1)作为n位模数转换器1的模拟输入信号，使所述n位模数转换器1进行正常的模数转换工作，首先进行第1种校准参考电压下的增益失配误差校准。

控制电路继续产生第一组k位补偿码1cali(1)，进入基准电压调整电路1并得到第一通道基准电压vr1，所述第一通道基准电压vr1作为n位模数转换器1的参考基准电压，经过n位模数转换器1的模数转换得到第一组第一输出量化码d1（1）；n位数字减法电路将第一组第一输出量化码d1（1）与第一组基准输出量化码dref(1)进行减法处理得到第一组k位量化码并输入控制电路；控制电路将接收得到第一组k位量化码存储在其内部的k位寄存器组中；控制电路会根据第一组k位量化码，采用二分查找法产生第二组k位补偿码1cali(2)；

紧接着，第二组k位补偿码1cali(2)进入基准电压调整电路1并得到更新的基准电压vr1，经n位模数转换器1模数转换得到第二组第一输出量化码d1（2）；n位数字减法电路将更新的第二组第一输出量化码d1（2）与第一组基准输出量化码dref(1)进行减法处理得到第二组k位量化码并输入控制电路；控制电路会根据第二组k位量化码，采用二分查找法产生第三组k位补偿码1cali(3)。

依次循环，n位数字减法电路会继续产生第l组k位量化码，控制电路会采用二分查找法产生第l+1组k位补偿码1cali(l+1)。当控制电路产生第k组k位补偿码1cali(k)后，控制电路会将第k组k位补偿码1cali(k)存入新寄存器并取名为k位补偿码1cali(k)_r1，结束第1种校准参考电压下的增益失配误差校准。

控制电路然后产生第y组k位选择码；第y组k位选择码进入校准基准信号产生电路并产生第y组基准输出量化码dref(y)，以及第y校准基准电压vr_cal(y)；第y校准基准电压vr_cal(y)作为n位模数转换器1的模拟输入信号，进行第y种校准参考电压下的增益失配误差校准；所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路将会采用和第1种校准参考电压下的增益失配误差校准相同的方式得到k位补偿码1cali(k)_ry，结束第y种校准参考电压下的增益失配误差校准。依次循环，当所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路得到最后一组k位补偿码1cali(k)_rz，结束第z种校准参考电压下的增益失配误差校准后，控制电路中的算法电路将会对得到的z组k位补偿码1cali(k)_r1～cali(k)_rz进行运算，得到最终的k位补偿码1cali_fin并保持不变，所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路结束n位模数转换器电路1的增益失配误差校准。

紧接着，控制电路输出第x校准控制信号ctrlx到基准电压调整电路x控制基准电压调整电路x进入校准模式，开始进行n位模数转换器电路x的增益失配误差校准。所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路采用和n位模数转换器电路1相同的校准过程得到k位补偿码xcali_fin并保持不变，结束n位模数转换器电路x的增益失配误差校准。依照同样的校准方式，当控制电路输出第m校准控制信号ctrlm到基准电压调整电路m，得到k位补偿码mcali_fin并保持不变，结束n位模数转换器电路m的增益失配误差校准后，所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路的校准模式结束。

所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路开始进入补偿模式，控制电路会将m个基准电压调整电路同时设置成补偿模式，开始对m通道的n位数模转换器的时钟基准电压失配误差进行补偿。最后，控制电路关闭校准基准信号产生电路和n位数字减法电路，以降低功耗。

上述说明中，n和m均为任意正整数，k为不大于n的正整数，x为不大于m的正整数，l为不大于k的正整数，z为不大于2^k-1的正整数，y为不大于z的正整数。

如图2所示为基准电压远程驱动电路的结构示意图。所述基准电压远程驱动电路包括：一个基准电压编程调整电路和m+1个电压远程驱动电路。基准电压编程调整电路的输出端同时连接m+1个电压远程驱动电路。m+1个电压远程驱动电路分别为电压远程驱动电路1、电压远程驱动电路2、...、电压远程驱动电路m和电压远程驱动电路ref。电压远程驱动电路1产生基准电压vrin1，电压远程驱动电路2产生基准电压vrin2，...，电压远程驱动电路m产生基准电压vrinm，电压远程驱动电路ref产生基准电压vrinref。带隙基准电压进入所述基准电压编程调整电路，并且基准电压编程调整电路的输出电压受k位全局调整码控制。

具体的，图3为基准电压编程调整电路的一种实现方式，其结构为数字控制型ldo电路。控制信号置0时，pmos管m31导通，由于运算放大器的负反馈作用，基准电压vref在调整nmos管m30的控制下经电阻分压得到一个初始电压输出vr(0)，同时电流型k-bitdac还会产生一个到地的调整电流ic，调整电流ic流经最末端电阻r32到地，这样就会在该电阻r32上叠加一个⊿v＝ic×r32的电压量，输出到基准信号输出电路的电压vrout＝vr(0)＋⊿v。根据电阻分压关系，输出基准电压信号vrout会相应地产生变化。因此，只要控制k位全局调整码便可以实现改变输出基准电压的目的。本发明实施例中所有基准电压调整电路均可采用图3所示电路结构。对于m+1个电压远程驱动电路，可以采用电压跟随器实现。

所述校准基准信号产生电路包括：一个可编程校准电压产生电路和基准输出量化码产生电路，如图4所示。所述可编程校准电压产生电路的参考电压输入端连接到基准电压远程驱动电路的第m+1路输出基准电压vrinref，可编程校准电压产生电路在k位选择码的控制下输出校准基准电压vr_cal；基准输出量化码产生电路在k位选择码的控制下输出基准输出量化码dref。

图5为基准输出量化码产生电路的结构示意图，所述基准输出量化码产生电路仅在校准模式下工作，包括均受ctrl_mode信号控制的rom查找表、rom模块和基准量化码输出电路。k位选择码进入rom查找表，得到相应的地址给rom模块，rom模块将相应地址对应存储器单元中所存储的基准量化码数据输出给基准量化码输出电路，基准量化码输出电路输出基准输出量化码dref。

请参阅图6，所述控制电路包括：核心控制电路、选择码产生电路、调整码产生电路、运算电路、k位寄存器组、补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m和通道选择电路。

其中，核心控制电路的输入端连接校准启动信号，核心控制电路的第一输出端连接通道选择电路的控制输入端，第二输出端连接运算电路的控制输入端，第三输出端连接选择码产生电路的控制输入端，第四输出端连接调整码产生电路的控制输入端，第五输出端连接k位寄存器组的控制输入端，第六～第m+5输出端产生的m个校准控制信号ctrl1～ctrlm分别连接补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m。具体的，校准控制信号ctrl1连接补偿码输出寄存器1，校准控制信号ctrl2连接补偿码输出寄存器2，...，校准控制信号ctrlm连接补偿码输出寄存器m；运算电路的数据输入端接收k位寄存器组输出端发送的数据，并根据核心控制电路的控制指令产生k位误差码；补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m的数据输入端全部连接到运算电路的k位误差码输出端，补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m的输出端分别连接到通道选择电路的第1～第m数据输入端；通道选择电路根据核心控制电路的控制指令输出k位补偿码1，k位补偿码2，...k位补偿码m。选择码产生电路根据核心控制电路的控制指令产生k位选择码；调整码产生电路根据核心控制电路的控制指令产生k位全局调整码；k位寄存器组的数据输入端接收所述n位数字减法电路的输出端发送的k位量化码，并根据核心控制电路的控制指令将存储在其内部寄存器内的数据发送给运算电路。

所述校准控制信号ctrl1～ctrlm在校准模式下，任意时刻仅有其中一个信号有效；在对m通道的n位模数转换器进行校准的过程中，所述通道选择电路将进行校准的n位模数转换器对应的补偿码输出寄存器的输出打开，其余补偿码输出寄存器的输出被关闭。

所述运算电路采用二分逐次逼近算法产生k位误差码，每次运算只改变k位误差码中的1位；最终输出保持不变的k位误差码需要循环运算k次才能确定。具体的，对第y种校准参考电压下的增益失配误差校准过程中，k位误差码需要循环运算k次才能产生一次k位补偿码xcali(k)_ry；对所述n位模数转换器电路x的增益失配误差校准过程中，由于需要对z种校准参考电压进行校准，因此k位误差码需要循环运算k*z次才能得到k位补偿码xcali_fin并保持不变；对所述所有m通道的n位模数转换器电路的增益失配误差校准过程中，k位误差码需要循环运算k*z*m次才能得到m组k位补偿码xcali_fin并保持不变，从而结束所述用于多通道adc的增益失配误差校准电路的校准模式。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。