适用于模数转换器的电容线性度自动校正方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及模拟集成电路领域。
【背景技术】
[0002] 电荷重分配阵列是模数转换电路中一个重要的组成部分，通常用在模数转换电路 的内部实现采样和数模转换。为了提高精度，对模数转换器内部的电荷重分配电路提出了 更高的要求。由于电荷重分配阵列采用的是电容阵列的结构，因此电荷重分配阵列的匹配 特性很大程度上取决于电容的匹配精度。
[0003] 电容的匹配性是由电容的长、宽及所选电容匹配特性决定。
[0004] 电容具有二阶特性，如图1所示，电容上的偏置电压不同会使容值发生变化，根据 工艺提供的不同电容值，电容的线性度变化可W从几十PPM变化到几百PPM。对于16位模数 转换器来说ILSB相当于15ppm。对于18位模数转换器来说ILSB要小于4ppm。在此种应用中电 容的线性度对转换的结果产生了很大的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提出一种能够对电容线性度进行自动校正的方 法。
[0006] 本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，适用于模数转换器的电容线性度自 动校正方法，其特征在于，包括下述步骤：
[0007] 1)转换误差校正；
[000引2)采样误差校正；
[0009] 3)获得最终数据。
[0010] 所述步骤1)包括：
[0011] 1.1测试单位电容的线性度系数，然后对测试结果进行分段，得到分段系数表，分 段的数量为预设；
[0012] 1.2依据对输入信号进行模数转换的结构，推算出电容阵列内部连接Vrefh的等效 电容数量和连接Vref山勺等效电容数量；
[001引1.3Vx为电容阵列采样时接的固定电位。依据分段系数表，确定Vrefh-Vx对应的线性 度系数Svrefh-Vx，W及Vrefl-Vx对应的线性度系数Svrefl-Vx, W及输入电压Vin对应的线性度系数
Svin-Vx ;
[0014] 1.4由： 计算校正 数据Dc化；
[0015] 1.5依据C比]=D比]+DcalD比]计算经转换误差校正后的数据C比];
[0016] 所述步骤2)为：
[0017]依据巧巧=('[。+(T/小如、，进行采样误差校正；
[001引所述步骤3)为：
[0019] WB比]作为校正完成的最终数据。
[0020] 本发明的有益效果为，本发明的电容线性度自动校正算法，在不降低电容匹配误 差的情况下，抑制了电容线性度对转换结果的影响，大幅提高了电容的匹配精度。
【附图说明】
[0021 ]图1为电容线性度的二阶效应示意图。
[0022] 图2为电容线性度的二阶效应16分段示意图。
[0023] 图3为电容线性度校正算法结构图。
[0024] 图4为实施例中12位模数转换器的电容阵列结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 参见图1~4。
[00%]电容型模数转换器采用电荷重分配阵列作为片内DAC进行比较产生转换结果，该 转换结果的精度很大程度上取决于电荷重分配阵列的匹配精度。
[0027] 电荷重分配阵列的精度取决内部选用的电容块的匹配精度。电容的匹配特性除了 受本身的特性影响还受电容的长宽的影响。即电容的长宽比越大，电容的匹配特性越好。电 容的匹配特性还受电容的线性度影响，通常电容上所加的偏置电压为基准电压、输入电压 和地电平，当连接运=个电压时，由于电容线性度的影响，导致实际的电容阵列值在运=个 偏置电压时都不相同，影响了电容的实际匹配特性。
[0028] 电容线性度校正算法读取模数转换器的数据，并根据转换的数据判断输入电压的 粗略大小，然后根据输入电压的大小得出由输入电压引起的电容线性度误差，最后再把运 部分误差消除。
[0029] 根据转换的实际情况，由电容线性度引入的误差主要存在于W下几个方面。
[0030] 采样阶段，由于输入电压不一样导致采样时加在电容两端的电压值随输入电压而 发生变化，由电容线性度的影响，运会导致采样电容值随输入电压而发生变化，由于Q = CU, 采样电容和采样电压都随输入电压发生变化则会引入一个显著的二阶效应。
[0031] 转换阶段，电容一端接基准电压高或基准电压低，另一端按电荷重分配模数转换 器的特性可近似等于电容采样时的固定电位VXdVx的值按照整体模数转换器电路设计来决 定。则电容两端的压差为(Vref-Vx)或者0-Vx。由电容线性度的影响，电容的匹配特性受到了 很大的影响，特别是高权位的电容。
[0032] 根据测试的结果将电容的线性度曲线进行分段。分段的段数根据转换器的精度进 行设定。此处W16段来示例。电容的线性度系数W16段的形式存储下来。实际中可根据使用 要求分为1-65536段。
[0033] 校正分为两部分首先是校正转换过程的电容线性度误差。
[0034] 转换过程的先读取转换器转换的数据。转换的数据为D[K](其中K为转换器中需要 校正的数据位数），根据转换的数据反推出电容阵列中一端接Vrefh的电容个数和一端接 VRE化的电容个数Crefh和Crefl。然后根据公式计算出总的误差。其中為W,,.-馬为Vrefh-Vx对应电 压分段的电容线性度误差校正系数对应电压分段的电容线性度误差校 正系数，该系数为相对系数，W电容在某个偏置电压下的电容值为基准。.
[0036] 根据上述公式计算出校正数据Deal后，再将Deal与D[K]进行加减运算即可W完成第 一步校正，得到校正后的数据C比]。
[0037] C[K]=D[K]+DcalD[K]
[0038] 其次是校正输入采样的电容线性度误差。
[0039] 根据转换器输出数据判断出输入电压处在16段中的哪一个区域，然后选中该段的 电容线性度系数。该系数为相对系数，W电容在某个偏置电压下的电容值为基准。Svin-Vx为 输入电压采样时对应的电容线性度分段系数。
[0040] 巧怎]=巧足]
[0041 ]通过上述运算得到最终的数据B比]。
[0042] 本发明应用于模数转换器电路设计中。
[0043] 当模数转换器开始工作时，主模数转换器的电荷重分配电容阵列进行采样，此时 根据输入信号的不同会引入一个误差，即输入信号不同，由于受电容线性度影响，采样电容 的值发生变化，导致采样的绝对精度变低。
[0044] 当模数转换器进行转换时，接在模数转换器电容两端的偏置电压不同，由于受电 容线性度影响，电容的值发生变化，导致转换的绝对精度变低。
[0045] 电容线性度校正算法根据模数转换器的转换结果，再加上电容线性度系数，通过 相关算法能够得出由于电容线性度对转换带来的影响，再对模数转换器的转换结果进行处 理，得到校正后的数据，抑制了模数转换器线性度的影响。
[0046] W12位AD转换器图4所示的校正为例，首先按图1所示测试单位电容的线性度系 数。然后根据设计需要对测试的结果进行分段，示例分为16段。故分段系数为Si~Si6。对应 的单位电容两端的电压范围为-2.5V至+2.5V。即Si对应于-2.5V至-2.1875V段，后续依次类 推，每一分段电压范围为0.3125V。
[0047] 设置输入电压范围为0-2.5V，则Vrefh为2.5V，Vrefl为OV。电容采样时VOUT端接的固 定电位Vx设置为1.化V。
[004引下面W输入为1.25V时来具体分析，当输入信号为1.25V，转换的结果为D[12]为 !000_0000_0000,则根据模数转换器的结构可W反推算出内部连接Vrefh的等效电容个数为 32C连接Vre化的个数为32C，实际设计中为了简化计算，提高运算速度，不考虑禪合电容CC带 来的影响。Crefh设为32C，Crefi简化为32C，Ct日TAL为Crefi和Crefh之和。首先校正转换误差，Vx的 电压为 1.25V，Vrefh-Vx 为 1.25￥，￥[?￡。1-￥<为-1.25￥，根据电容
[0049] 分段系数表可推算出％￡^-枝为哼为S日，％^为58。
[0050] 按照
[0052] C[K]=D[K]+DcalD[K]
[005；3]巧欠]二（T_/n + (，l乂>:希,、，r
[0054] 公式即可计算出DCAL和后续的C比]，最后得到校正后的数据B比]。
[0055] 本发明提出一种电容线性度自动校正算法，能够有效降低模数转换器的线性误 差，所述算法包括线性度分段存储、输入数据、转换线性度校正、采样线性度校正、输出数 据。
[0056] 本发明的电容线性度校正算法应用在模数转换领域，使得转换和采样过程中的电 容线性度误差由于校正算法的影响大幅降低。
【主权项】
1. 适用于模数转换器的电容线性度自动校正方法，其特征在于，包括下述步骤： 1) 转换误差校正； 2) 采样误差校正； 3) 获得最终数据。2. 如权利要求1所述的适用于模数转换器的电容线性度自动校正方法，其特征在于，所 述步骤1)包括： 1.1测试单位电容的线性度系数，然后对测试结果进行分段，得到分段系数表，分段的 数量为预设； 1.2依据对输入信号进行模数转换的结构，推算出电容阵列内部连接Vrefh的等效电容数 量和连接Vrefl的等效电容数量； 1.3依据分段系数表，确定Vrefh-Vx对应的线性度系数SvREFH-Vx，W及Vrefl-Vx对应的线性 度系数SvREFL-Vx，W及输入电压ViN对应的线性度系数δν?Ν-Vx; 1.5由计算校正数据 Dcal； 1.6依据C比]=D比]+DcalD比]计算经转换误差校正后的数据C比]; 所述步骤2)为： 依据巧。二〇巧+qx] X知进行采样误差校正； 所述步骤3)为： WB比]作为校正完成的最终数据。
【专利摘要】适用于模数转换器的电容线性度自动校正方法，涉及模拟集成电路领域。本发明包括下述步骤：1)转换误差校正；2)采样误差校正；3)获得最终数据。本发明的有益效果为，本发明的电容线性度自动校正算法，在不降低电容匹配误差的情况下，抑制了电容线性度对转换结果的影响，大幅提高了电容的匹配精度。
【IPC分类】H03M1/10, H03M1/12
【公开号】CN105577190
【申请号】CN201510981526
【发明人】胡达千
【申请人】成都华微电子科技有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月23日