一种适用于高精度SARADC的高阶修调电路及方法与流程

本申请涉及集成电路，特别涉及一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路及方法。

背景技术：

1、随着电子信息技术的快速发展，用于连接模拟世界和数字世界的模数转换器成为各类电子产品中必不可少的组件，而设计高速高精度以及低功耗的模数转换器也是当今学术界以及工业界一直追寻的目标和方向；由于具有简单的量化结构和数字电路的高依耐性，逐次逼近寄存器型模数转换器(successive approximation register analogue todigital converter，以下简称sar adc)在低功耗电子应用中展现了优越的功效。sar adc可以采用低功耗比较器结和多数投票技术来降低比较器功耗，也可以采用subranging结构结合检查跳过算法来降低电容切换能量。

2、其中，分辨率超过18位的高精度模数转换器会引入粗细量化的概念，保证其速度与精度的折中。该类别的sar adc其主要误差是电容失配，来源主要是版图布局、制造工艺和环境温度等。针对该种误差，为了提高saradc的性能，各种电容失配误差校准技术被提出，通常选择在数字域中进行补齐，例如：前台数字校准是一种工业界更倾向的一种选择，但是前台校准会打断sar adc的正常工作，而且还会会受到pvt的影响。此类方式实现简单，但主要进行的多是一阶线性的误差校正。当需要设计分辨率更高（超过20位）的模数转换器时，电容失配的高阶误差必须被纳入考虑范围。

3、有鉴于此，目前亟需一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路的技术方案。

技术实现思路

1、本申请提出一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路及方法，解决了现有技术中关于高精度sar adc的电容失配的高阶误差问题。

2、本申请为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

3、一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路，所述高阶修调电路包括：

4、粗量化开关阵列，第一个输入端接输入信号vin，第二个输入端接参考信号vref，第三个输入端接sar模块的输出端，输出端接n位粗量化adc模块的输入端；

5、细量化开关阵列，第一个输入端接输入信号vin，第二个输入端接参考信号vref，第三个输入端接sar模块的输出端，第四个输入端接译码器模块的输出端，输出端接m位细量化adc模块的输入端；

6、n位粗量化adc模块，输入端接粗量化开关阵列模块，输出端接sar模块;

7、m位细量化adc模块，输入端接细量化开关阵列模块，输出端接sar模块;

8、sar模块，第一个输入端接n位粗量化adc模块，第二个输入端接m位细量化adc模块，第三个输出端接译码器模块，第一个输出端接粗量化开关阵列模块，第二个输出端接细量化开关阵列模块，第三个输出端接电容失配数字矫正模块；

9、译码器模块，第一个输入端接sar模块的输出端，第二个输入端接pn模块的输出端，输出连接细量化开关阵列模块；

10、pn模块，输出伪随机码，输出端接译码器模块的输入端；

11、其中，由伪随机码对n位粗量化adc模块输入到sar模块的n位输出信号进行译码，并将译码结果经输出端接细量化开关阵列模块的输入端。

12、作为一种可选的技术方案，所述n位粗量化adc模块中的n取值为4。

13、作为一种可选的技术方案，所述m位细量化adc模块中的m取值为16。

14、作为一种可选的技术方案，所述译码器模块采用3-8译码器。

15、一种高阶修调方法，应用于权利要求1-4任意所述的一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路中，所述方法包括：

16、步骤s1:n位粗量化adc模块生成数字码发送至sar模块，sar模块接收后再次发送至粗量化开关阵列，粗量化开关阵列的第一个输入端接输入信号vin，第二个输入端接参考信号vref，粗量化开关阵列的输出端接n位粗量化adc模块，形成粗量化adc模块、sar模块和n位粗量化开关阵列的循环，直至输送完毕n位粗量化adc模块生成数字码；

17、步骤s2:sar模块将n位粗量化adc模块生成数字码发送至译码器，译码器通过接收pn模块生成的伪随机码将数字码随机化后，再由译码器译码后，发送至细量化开关阵列；

18、步骤s3:m位细量化adc模块生成数字码发送至sar模块，sar模块接收后再次发送至细量化开关阵列，细量化开关阵列的第一个输入端接输入信号vin，第二个输入端接参考信号vref，细量化开关阵列的输出端接m位细量化adc模块，形成细量化adc模块、sar模块和m位细量化开关阵列的循环，直至输送完毕m位细量化adc模块生成数字码及步骤s2中译码后的n位粗量化adc模块生成数字码;

19、步骤s4:sar模块输出端接电容失配数字矫正模块,流程结束。

20、作为一种可选的技术方案，所述n位粗量化adc模块中的n取值为4、m位细量化adc模块中的m取值为16、译码器模块采用3-8译码器。

21、作为一种可选的技术方案，4位粗量化adc模块生成数字码为：d3/d2/d1/d0，总计算选择15个单位电容的电容数，分别控制单位电容数为8/4/2/1的电容，其中，d0控制电容数为1的电容。

22、作为一种可选的技术方案，当4位粗量化adc生成数字码d3d2d1=001时，执行电容伪随机方案且拟定电容的总数，总计为：15个单位电容；其中，c6=c5=c4=c3=c2=c1=c0=2c，c表示单位电容值。

23、作为一种可选的技术方案，当pn模块停止工作时，4位粗量化adc的输出码d3d2d1=001，经3-8译码器后，细量化开关阵列中的电容c6、c5、c4、c2、c1和c0连接电源地，电容c3连接电源电压。

24、作为一种可选的技术方案，当pn模块开启工作时，4位粗量化adc的输出码d3d2d1=001，加入伪随机编码，经3-8译码器后，细量化开关阵列中的电容c6、c5、c4、c3、c2、c1和c0被7选6连接电源地，另一个电容则连接电源电压；d0选择剩下的单位电容。

25、本申请的有益效果包括：

26、在不改变原sar adc主体架构前提下，仅新增两个辅助模块。因此版图改动小，新增功耗低。新增加的模块均由数字电路组成，不受工艺限制，应用范围广、可以按需选择不同的编码器来提升线性度。

27、本申请的其他有益效果或优势将在具体实施方式中结合具体结构进行详细描述。

技术特征：

1.一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路，其特征在于，所述高阶修调电路包括：

2.如权利要求1所述的一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路，其特征在于：所述n位粗量化adc模块中的n取值为4。

3.如权利要求1所述的一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路，其特征在于：所述m位细量化adc模块中的m取值为16。

4.如权利要求1所述的一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路，其特征在于：所述译码器模块采用3-8译码器。

5.一种高阶修调方法，其特征在于：应用于权利要求1-4中任意所述的一种适用于高精度sar adc的高阶修调电路中，所述方法包括：

6.如权利要求5所述的一种高阶修调方法，其特征在于：所述n位粗量化adc模块中的n取值为4、m位细量化adc模块中的m取值为16、译码器模块采用3-8译码器。

7.如权利要求6所述的一种高阶修调方法，其特征在于：4位粗量化adc模块生成的数字码为：d3/d2/d1/d0，总计算选择15个单位电容的电容数，分别控制单位电容数为8/4/2/1的电容，其中，d0控制电容数为1的电容。

8.如权利要求7所述的一种高阶修调方法，其特征在于：当4位粗量化adc生成数字码d3d2d1=001时，执行电容伪随机方案且拟定电容的总数，总计为：15个单位电容；其中，c6=c5=c4=c3=c2=c1=c0=2c，c表示单位电容值。

9.如权利要求7所述的一种高阶修调方法，其特征在于：当pn模块停止工作时，4位粗量化adc的输出码d3d2d1=001，经3-8译码器后，细量化开关阵列中的电容c6、c5、c4、c2、c1和c0连接电源地，电容c3连接电源电压。

10.如权利要求7所述的一种高阶修调方法，其特征在于：当pn模块开启工作时，4位粗量化adc的输出码d3d2d1=001，加入伪随机编码，经3-8译码器后，细量化开关阵列中的电容c6、c5、c4、c3、c2、c1和c0被7选6连接电源地，另一个电容则连接电源电压；d0选择剩下的单位电容。

技术总结
本申请公开了一种适用于高精度SAR ADC的高阶修调电路及方法，包括：粗量化开关阵列，第一个输入端接输入信号Vin，第二个输入端接参考信号Vref，第三个输入端接SAR模块的输出端，输出端接N位粗量化ADC模块的输入端；细量化开关阵列，第一个输入端接输入信号Vin，第二个输入端接参考信号Vref，第三个输入端接SAR模块的输出端，第四个输入端接译码器模块的输出端，输出端接M位细量化ADC模块的输入端；N位粗量化ADC模块，输入端接粗量化开关阵列模块，输出端接SAR模块;M位细量化ADC模块，输入端接细量化开关阵列模块，输出端接SAR模块。

技术研发人员：张天星
受保护的技术使用者：北京中天星控科技开发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15