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的基准电压失配校准电路。
背景技术：
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之间的量化参考电压出现匹配误差。特别对于高速高精度adc，不同通道adc之间的量化参考基准电压的不匹配影响会非常明显，这种失配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参考基准电压的不匹配误差加以去除。因此设计可对多通道adc之间的参考基准电压的不匹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的基准电压失配校准电路，以解决现有的多通道adc之间的参考基准电压的不匹配的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于多通道adc的基准电压失配校准电路，包括带隙基准电路、基准电压预驱动电路、基准电压远程驱动电路、m个基准电压调整电路、m个差分基准电压产生电路、m通道的n位模数转换器、校准基准电压产生电路、误差采样器、误差放大器、k位模数转换器以及控制电路；每个基准电压调整电路、每个差分基准电压产生电路和各通道的n位模数转换器一一相对应；
其中，所述带隙基准电路、所述基准电压预驱动电路和所述基准电压远程驱动电路依次相连；所述基准电压远程驱动电路的m个基准电压输出端分别连接到m个基准电压调整电路的基准电压输入端，所述基准电压远程驱动电路的第m+1个基准电压输出端vrinref连接到所述校准基准电压产生电路的基准电压输入端；所述控制电路的m个控制信号输出端产生的m个控制信号ctrl1~m分别输送至m个基准电压调整电路的控制信号输入端，所述控制电路的m个k位补偿码输出端分别连接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到相对应的差分基准电压产生电路的基准电压输入端；每个差分基准电压产生电路输出的两个差分基准电压均进入相对应的n位模数转换器，同时还进入所述误差采样器的组差分信号输入端；所述误差采样器的的差分信号输入端还连接到所述校准基准电压产生电路的差分基准电压输出端；所述校准基准电压产生电路的控制输入端连接到所述控制电路的k位选择码输出端口；所述误差采样器的差分误差信号输出端vip和vin均连接到所述误差放大器的输入端；所述误差放大器的输出电压ve被输入到所述k位模数转换器的电压输入端；所述k位模数转换器产生的k位量化码输出到所述控制电路的误差输入端口；所述控制电路的校准控制信号ctrl_mode输出端口同时连接所述误差采样器、所述误差放大器和所述k位模数转换器的校准控制信号输入端口；所述控制电路输出的k位全局调整码连接到所述基准电压远程驱动电路的输入端口；所述校准基准电压产生电路产生的校准基准电压vr_cal输送到m通道的n位模数转换器的输入端；
其中，n、m和k均为任意正整数。
可选的，所述用于多通道adc的基准电压失配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的基准电压失配校准电路依次对m通道的n位模数转换器进行基准电压失配误差校准，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的基准电压失配校准电路同时对m通道的n位数模转换器进行基准电压失配误差补偿，所述校准基准电压产生电路、所述误差采样器、所述误差放大器和所述k位模数转换器均被关闭以降低功耗。
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；带隙基准电压经过所述基准电压编程调整电路后同时输出到m+1个电压远程驱动电路；所述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，所述校准基准电压产生电路包括：一个可编程校准电压产生电路和差分基准电压产生电路；所述可编程校准电压产生电路和差分基准电压产生电路的参考电压输入端均连接到所述基准电压远程驱动电路的基准电压输出端vrinref；所述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；所述差分基准电压产生电路产生差分基准电压。
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，所述核心控制电路的输入端连接校准启动信号，所述核心控制电路的第一输出端连接到所述通道选择电路的控制输入端，第二输出端连接到所述运算电路的控制输入端，第三输出端连接到所述选择码产生电路的控制输入端，第四输出端连接到所述调整码产生电路的控制输入端，第五输出端连接到所述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分别输送到补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m；所述运算电路的数据输入端接收所述k位寄存器组输出端发送的数据，并根据所述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所述运算电路的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的输出端分别连接所述通道选择电路的第1～第m数据输入端；所述通道选择电路根据所述核心控制电路的控制指令输出k位补偿码到所述基准电压调整电路1～基准电压调整电路m；所述选择码产生电路根据所述核心控制电路的控制指令产生k位选择码；所述调整码产生电路根据所述核心控制电路的控制指令产生k位全局调整码；所述k位寄存器组的数据输入端接收所述k位模数转换器的输出端发送的k位量化码，并根据所述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所述运算电路。
可选的，m个校准控制信号ctrl1～ctrlm在校准模式下，任意时刻仅有其中一个信号有效；并且在对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。
在本发明中提供了一种用于多通道adc的基准电压失配校准电路，包括带隙基准电路、基准电压预驱动电路、基准电压远程驱动电路、m个基准电压调整电路、m个差分基准电压产生电路、m通道的n位模数转换器、校准基准电压产生电路、误差采样器、误差放大器、k位模数转换器以及控制电路。本发明提供的用于多通道adc的基准电压失配校准电路可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为用于多通道adc的基准电压失配校准电路的结构示意图；
图2为基准电压远程驱动电路的结构示意图；
图3为基准电压编程调整电路的结构示意图；
图4为差分基准电压产生电路的结构示意图；
图5为误差采样器的结构示意图；
图6为校准基准电压产生电路的结构示意图；
图7为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的基准电压失配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的基准电压失配校准电路，其结构示意图如图1所示。所述用于多通道adc的基准电压失配校准电路包括带隙基准电路、基准电压预驱动电路、基准电压远程驱动电路、m个基准电压调整电路、m个差分基准电压产生电路、m通道的n位模数转换器、校准基准电压产生电路、误差采样器、误差放大器、k位模数转换器以及控制电路。并且每个基准电压调整电路、每个差分基准电压产生电路和各通道的n位模数转换器一一相对应：基准电压调整电路1、差分基准电压产生电路1和n位模数转换器1相对应，基准电压调整电路2、差分基准电压产生电路2和n位模数转换器2相对应，...，基准电压调整电路m、差分基准电压产生电路m和n位模数转换器m相对应。其中，所述带隙基准电路、所述基准电压预驱动电路和所述基准电压远程驱动电路依次相连；所述基准电压远程驱动电路的m个基准电压输出端输出的基准电压vrin1、vrin2、...、vrinm分别输送至m个基准电压调整电路的基准电压输入端：基准电压vrin1输送至基准电压调整电路1，基准电压vrin2输送至基准电压调整电路2，...，基准电压vrinm输送至基准电压调整电路m。所述基准电压远程驱动电路的第m+1个基准电压输出端vrinref连接到所述校准基准电压产生电路的基准电压输入端；所述控制电路的m个控制信号输出端产生的m个控制信号ctrl1~m分别输送至m个基准电压调整电路的控制信号输入端：控制信号ctrl1输送至基准电压调整电路1，控制信号ctrl2输送至基准电压调整电路2，...，控制信号ctrlm输送至基准电压调整电路m。所述控制电路的m个k位补偿码输出端输出的k位补偿码1~m分别输送至m个基准电压调整电路的补偿码输入端：k位补偿码1输送至基准电压调整电路1，k位补偿码2输送至基准电压调整电路2，...，k位补偿码m输送至基准电压调整电路m。每个基准电压调整电路的基准电压输出端vr1，vr2，...vrm分别连接到相对应的差分基准电压产生电路的基准电压输入端：基准电压输出端vr1连接差分基准电压产生电路1，基准电压输出端vr2连接差分基准电压产生电路2，...基准电压输出端vrm连接差分基准电压产生电路m。每个差分基准电压产生电路输出的两个差分基准电压均进入相对应的n位模数转换器：差分基准电压产生电路1输出的两个差分基准电压vrpout1和vrnout1进入n为模数转换器1，差分基准电压产生电路2输出的两个差分基准电压vrpout2和vrnout2进入n为模数转换器2，...差分基准电压产生电路m输出的两个差分基准电压vrpoutm和vrnoutm进入n为模数转换器1。同时这些差分基准电压vrpout1，vrnout1，vrpout2，vrnout2，...，vrpoutm，vrnoutm还进入所述误差采样器的组差分信号输入端。所述误差采样器的的差分信号输入端还连接到所述校准基准电压产生电路的差分基准电压输出端vrpref和vrnref。所述校准基准电压产生电路的控制输入端连接到所述控制电路的k位选择码输出端口；所述误差采样器的差分误差信号输出端vip和vin均连接到所述误差放大器的输入端；所述误差放大器的输出电压ve被输入到所述k位模数转换器的电压输入端；所述k位模数转换器产生的k位量化码输出到所述控制电路的误差输入端口；所述控制电路的校准控制信号ctrl_mode输出端口同时连接所述误差采样器、所述误差放大器和所述k位模数转换器的校准控制信号输入端口；所述控制电路输出的k位全局调整码连接到所述基准电压远程驱动电路的输入端口；所述校准基准电压产生电路产生的校准基准电压vr_cal输送到m通道的n位模数转换器的输入端；其中，n、m和k均为任意正整数。
所述用于多通道adc的基准电压失配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的基准电压失配校准电路依次对m通道的n位模数转换器进行基准电压失配误差校准，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的基准电压失配校准电路同时对m通道的n位数模转换器进行基准电压失配误差补偿，所述校准基准电压产生电路、所述误差采样器、所述误差放大器和所述k位模数转换器均被关闭以降低功耗。
上述电路的工作原理为：当校准模式开启时，所述控制电路通过ctrl_mode信号首先控制所述误差采样器、所述误差放大器和所述k位模数转换器进入校准模式，同时输出k位选择码给所述校准基准电压产生电路使其也进入校准模式；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进行基准电压失配误差校准。
接着，所述控制电路产生第一组k位选择码；第一组k位选择码进入所述校准基准电压产生电路并产生差分基准电压vrpref和vrnref，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n位模数转换器1进行正常的模数转换工作，从而在第一通道输出差分基准电压vrpout1和vrnout1上产生第1种校准负载，首先进行第1种校准负载下的基准电压失配误差校准。
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，vr1进入差分基准电压产生电路1并得到第一通道输出差分基准电压vrpout1和vrnout1进入n位模数转换器1，同时还连接到所述误差采样器的第1组差分信号输入端；误差采样器将第一通道输出差分基准电压vrpout1和vrnout1与基准电压vrpref和vrnref进行比较得到基准电压失配误差信号vip和vin；vip和vin信号经过误差放大器进行放大可以得到误差电压ve；k位模数转换器将误差电压ve进行模数转换，可以得到第一组k位量化码并输出到控制电路；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并得到电压更新的vr1、vrpout1和vrnout1，误差采样器将更新的vrpout1和vrnout1与基准电压vrpref和vrnref比较得到新基准电压失配误差信号vip和vin，再次经过误差放大器和k位模数转换器处理得到第二组k位量化码；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，k位模数转换器会继续产生第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)_l1，结束第1种校准负载下的基准电压失配误差校准。
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电压产生电路并产生差分基准电压vrpref和vrnref，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，在第一通道输出差分基准电压vrpout1和vrnout1上产生第y种校准负载，进行第y种校准负载下的基准电压失配误差校准；所述用于多通道adc的基准电压失配校准电路将会采用和第1种校准负载下的基准电压失配误差校准相同的方式得到k位补偿码1cali(k)_ly，结束第y种校准负载下的基准电压失配误差校准。依次循环，当得到最后一组k位补偿码1cali(k)_lz，结束第z种校准负载下的基准电压失配误差校准后，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)_l1～cali(k)_lz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的基准电压失配校准电路结束n位模数转换器电路1的基准电压失配误差校准。
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的基准电压失配误差校准。所述用于多通道adc的基准电压失配校准电路采用和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的基准电压失配误差校准。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的基准电压失配误差校准后，所述用于多通道adc的基准电压失配校准电路的校准模式结束。
所述用于多通道adc的基准电压失配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电压产生电路、误差采样器、误差放大器和k位模数转换器，以降低功耗。
其中，n、m和k均为任意正整数，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2k-1的正整数，y为不大于z的正整数。
具体的，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，如图2所示。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ref。带隙基准电压经过所述基准电压编程调整电路后同时输出到m+1个电压远程驱动电路；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ref产生基准电压vrinref。并且所述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。图3为所述基准电压编程调整电路的一种具体实现，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采用图3所示电路结构。对于m+1个电压远程驱动电路的实现，可以采用电压跟随器实现。
具体的，图4为差分基准电压产生电路的一种实现方式。该电路首先由外部输入一个固定基准电压vref到差分参考电压产生电路，通过电阻串r1，r2，r3分压来产生差分参考电压vtp和vtn；然后通过差分参考电压缓冲器驱动电路输出差分参考电压。为使参考电压产生电路在驱动adc其他功能模块时，能够快速建立并且稳定下来，必须要足够大的摆率和带宽，这就需要有很大的驱动电流，电阻串的阻值通常小于1k欧姆。图5为本发明的误差采样器的一种实现方式，采用典型的开关电容结构，φ1和φ2为两相非交叠时钟信号，vset为共模基准电压。φ1相为采样相，φ2相vrpout和vrnout与基准电压vrpref和vrnref的差值反应在vi+和vi-上，经差分放大器ad放大，得到差分误差信号vip和vin。
所述校准基准电压产生电路包括：一个可编程校准电压产生电路和差分基准电压产生电路，如图6所示。所述可编程校准电压产生电路和差分基准电压产生电路的参考电压输入端均连接到所述基准电压远程驱动电路的输出基准电压vrinref；所述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；所述差分基准电压产生电路产生差分基准电压vrpref和vrnref。所述可编程校准电压产生电路采用图3所示电路结构即可实现。
图7为所述控制电路的结构示意图。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，所述核心控制电路的输入端连接校准启动信号，所述核心控制电路的第一输出端连接到所述通道选择电路的控制输入端，第二输出端连接到所述运算电路的控制输入端，第三输出端连接到所述选择码产生电路的控制输入端，第四输出端连接到所述调整码产生电路的控制输入端，第五输出端连接到所述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分别输送到补偿码输出寄存器1～补偿码输出寄存器m：第六输出端产生的校准控制信号ctrl1输送至补偿码输出寄存器1，第七输出端产生的校准控制信号ctrl2输送至补偿码输出寄存器2，...，第m+5输出端产生的校准控制信号ctrlm输送至补偿码输出寄存器m；所述运算电路的数据输入端接收所述k位寄存器组输出端发送的数据，并根据所述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所述运算电路的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的输出端分别连接所述通道选择电路的第1～第m数据输入端：补偿码输出寄存器1的输出端连接所述通道选择电路的第1数据输入端，补偿码输出寄存器2的输出端连接所述通道选择电路的第2数据输入端，...补偿码输出寄存器m的输出端连接所述通道选择电路的第m数据输入端。所述通道选择电路根据所述核心控制电路的控制指令输出k位补偿码1~m到所述基准电压调整电路1～基准电压调整电路m：k位补偿码1输送到基准电压调整电路1，k位补偿码2输送到基准电压调整电路2，...k位补偿码m输送到基准电压调整电路m；所述选择码产生电路根据所述核心控制电路的控制指令产生k位选择码；所述调整码产生电路根据所述核心控制电路的控制指令产生k位全局调整码；所述k位寄存器组的数据输入端接收所述k位模数转换器的输出端发送的k位量化码，并根据所述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所述运算电路。
m个校准控制信号ctrl1～ctrlm在校准模式下，任意时刻仅有其中一个信号有效；并且在对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。对所述第y种校准负载下的基准电压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)_ly；对n位模数转换器电路x的基准电压失配误差校准过程中，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；对所有m通道的n位模数转换器电路的基准电压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的基准电压失配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。