一种流水线ADC静态参数校准方法及校准装置与流程

本发明涉及集成电路测试，特别涉及一种流水线adc静态参数校准方法及校准装置。

背景技术：

1、流水线adc由多个子级连接而成，模拟信号首先通过第1级采样保持电路，进行第1次模数转换产生数字输出，将余量放大后输入到第2级，依此类推，每一级都产生当前位的量化结果，并将余量作为下一级的输入。将每一级的量化结果通过错位叠加得到最终的数字输出。由于制造偏差，每一级的电容之间存在着固有的失配，会引入电容失配误差，造成adc线性度变差。

2、对电容失配误差进行校准，是目前的流水线adc校准的重要部分。目前常用的校准方法是通过inl曲线(积分非线性曲线)来提取第一级电容误差，但大多还是通过手动的方式获取inl曲线并计算电容适配误差值，存在效率低下且通用性较差的问题，在芯片量产时该问题尤为明显。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种流水线adc静态参数校准方法及校准装置，以解决背景技术中的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种流水线adc静态参数校准方法及校准装置，包括：

3、步骤1，向adc单元输入正弦波信号；

4、步骤2，启动adc单元采集n组连续的码值数据，其中n大于500k；

5、步骤3，通过正弦波直方图法计算得到积分非线性曲线，接着计算积分非线性曲线的跳变区间；

6、步骤4，对k个区间的积分非线性曲线分别进行线性拟合，得到k个线段，计算出k个线段的斜率：s0，s1，……，sk，对这k+1个斜率求平均值，计算得到第一级电容失配误差补偿值；

7、步骤5，将该补偿值配置到adc单元的第一级电容失配误差提取寄存器中，再次启动adc单元采集n组电压值，计算出积分非线性曲线，并按照步骤3计算的结果，对各积分非线性曲线的各区间再次进行线性拟合并计算斜率的平均值；

8、步骤6，重复步骤5直到计算出来的斜率平均值的符号第一次发生改变，将此时得到的第一级电容失配误差补偿值作为最终校准值。

9、在一种实施方式中，计算积分非线性曲线的跳变区间包括：

10、计算积分非线性曲线中第0个至第m-1个点纵坐标值的方差，

11、

12、式中i为积分非线性曲线横坐标、x为横坐标对应的积分非线性曲线纵坐标值，μ为均值；

13、依次计算第1个至第m+1个，第2个至第m+2个，……，第(2j-2-m)个至第2j-2个点的方差，j为adc单元的位数；将上述方差值作为纵坐标，i为横坐标得到方差曲线

14、找到方差曲线局部峰值的个数kpeak，以及峰值对应的横坐标码值codek(k＝0，kpeak)，kpeak+1为inl曲线区间的个数，codek为发生跳变的位置；

15、将codek位置处前a个点和后2a个点作为积分非线性区间的分界位置，得积分非线性的区间为：[0，code0-100]，[code0+200，code1-100]，[code1+200，code2-100]，……，[codek+200，2j-2]，其中a的值根据积分非线性跳变区间的大小确定。

16、在一种实施方式中，所述正弦波的幅度大于adc单元的满量程，以正常覆盖所有码的测试。

17、在一种实施方式中，所述n值的大小与adc单元的分辨率、测试结果希望的可信度、微分非线性误差大小有关。

18、本发明还提供一种流水线adc静态参数校准装置，包括：

19、信号源，用于提供正弦波信号；

20、adc单元，对信号源输出的模拟信号进行采样，并输出相应数字信号；

21、adc校准模块，用于配置adc单元并获取adc单元输出的数字信号，并通过网口上传至校准程序；

22、校准程序，启动adc单元采集正弦波信号，并获取adc校准模块上传的数字信号。

23、在一种实施方式中，所述adc校准模块供给adc单元正常工作所需的电源和时钟信号，并通过低速数字接口对adc单元的寄存器进行配置，完成adc单元的初始化操作，使adc单元进入正常工作模式。

24、在一种实施方式中，所述校准程序包括四个功能模块：算法模块、校准执行模块、通信模块和人机界面模块；

25、所述算法模块使用正弦波直方图法，对输入的满幅正弦波码值数据进行计算，得到积分非线性曲线；对积分非线性曲线计算方差曲线，通过峰值找到积分非线性跳变位置，得到积分非线性曲线的分段区间；采用最小二乘法对每一段进行线性拟合，得到各段的斜率，最后得到各段斜率的平均值；

26、所述校准执行模块通过调用通信模块提供的接口，对adc单元的寄存器进行配置，完成adc单元的初始化操作；通过调用通信模块提供的接口，获取adc单元采集得到的波形数据，将波形数据输入算法模块进行计算，并从算法模块获取平均斜率；进行迭代计算，将本次计算得到的平均斜率和上一次的计算结果进行比较，判断是否继续进行迭代；将符号第一次发生变化的平均斜率作为最终结果，配置到adc单元的第一级电容失配误差寄存器中；

27、所述通信模块通过网口，按照预先确定好的通信协议和adc校准模块进行通信，完成寄存器配置、读取波形数据操作；

28、所述人机界面模块显示adc单元最终校准的结果，提供按钮操作控件，用于启动adc单元的校准流程。

29、本发明提供的一种流水线adc静态参数校准方法及校准装置，能够自动获取adc单元的inl曲线并计算误差大小，并对误差进行补偿。并且能够兼容不同分辨率的流水线型adc。

技术特征：

1.一种流水线adc静态参数校准方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的流水线adc静态参数校准方法，其特征在于，计算积分非线性曲线的跳变区间包括：

3.如权利要求1所述的流水线adc静态参数校准方法，其特征在于，所述正弦波的幅度大于adc单元的满量程，以正常覆盖所有码的测试。

4.如权利要求1所述的流水线adc静态参数校准方法，其特征在于，所述n值的大小与adc单元的分辨率、测试结果希望的可信度、微分非线性误差大小有关。

5.一种流水线adc静态参数校准装置，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的流水线adc静态参数校准装置，其特征在于，所述adc校准模块供给adc单元正常工作所需的电源和时钟信号，并通过低速数字接口对adc单元的寄存器进行配置，完成adc单元的初始化操作，使adc单元进入正常工作模式。

7.如权利要求5所述的流水线adc静态参数校准装置，其特征在于，所述校准程序包括四个功能模块：算法模块、校准执行模块、通信模块和人机界面模块；

技术总结
本发明公开一种流水线ADC静态参数校准方法及校准装置，属于集成电路测试领域。向ADC单元输入正弦波信号，启动ADC单元采集N组连续的码值数据；计算INL曲线的跳变区间；对K个区间的INL曲线计算得到第一级电容失配误差补偿值；将该补偿值配置到ADC单元的第一级电容失配误差提取寄存器中，再次启动ADC单元采集N组电压值，计算出INL曲线，并按照计算的结果对各INL曲线的各区间再次进行线性拟合并计算斜率的平均值；重复直到算出的斜率平均值的符号第一次发生改变，将此时得到的第一级电容失配误差补偿值作为最终校准值。本发明能够自动获取ADC单元的INL曲线并计算误差大小，并对误差进行补偿。并且能够兼容不同分辨率的流水线型ADC。

技术研发人员：赵子龙,钱宏文,侯东斌,王君
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16