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CN106936432B - 流水线adc的第一级电容校准方法 - Google Patents

流水线adc的第一级电容校准方法 Download PDF

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CN106936432B
CN106936432B CN201511019023.8A CN201511019023A CN106936432B CN 106936432 B CN106936432 B CN 106936432B CN 201511019023 A CN201511019023 A CN 201511019023A CN 106936432 B CN106936432 B CN 106936432B
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万磊
李丹
张辉
王海军
丁学欣
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Shanghai Beiling Co Ltd
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Shanghai Beiling Co Ltd
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1009—Calibration

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

本发明提供一种流水线ADC的第一级电容校准方法，具备以下步骤：首先对INL曲线划分为17个区间，分别对17个区间进行线性拟合，将根据17个线段的拟合直线的斜率和截距求得的斜率和截距后，重新拟合直线，从而计算INL跳变值，并根据INL跳变值对流水线ADC的输出进行补偿。本发明的基于积分非线性曲线的流水线ADC的第一级电容失配校准方法，能够在不增加芯片面积和电容复杂度的基础上，同时能够提高芯片SFDR和SNR等指标。

Description

流水线ADC的第一级电容校准方法
技术领域
本发明涉及模拟集成电路技术领域，特别涉及一种流水线ADC的第一级电容校准方法。
背景技术
目前，高速高精度流水线ADC是模拟集成电路的重要组成部分。由于制造工艺的原因，ADC中的采样电容总是存在不匹配的问题，采样电容的不匹配会造成ADC的线性度变差，在频谱上表现为无杂散动态范围(SFDR，Spurious Free Dynamic range)变差。
虽然国内外有提出前台校准电容的算法，比如通过force比较器的输出获得积分非线性(INL)的跳变，但是这些方法需要增加额外的硬件电路，增加电路复杂度和芯片面积。
提高SFDR的校准算法有动态电容匹配技术(DEM，dynamic element matching)技术，抖动注入(dither injection)技术。虽然它们都有较好的提高SFDR的效果，但是DEM技术会导致信噪比(SNR， signal noise ratio)变差，也就是说DEM技术是以牺牲SNR为代价，来提高SFDR。抖动注入技术需要注入一个随机信号，使得输入信号的幅度受限，牺牲了输入信号的幅度范围。
对此，现有技术中没有一种方法，能够在不增加芯片面积和电容复杂度的基础上，同时能够提高芯片SFDR和SNR等指标。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于积分非线性曲线(INL曲线)的流水线ADC的第一级电容失配校准方法。
为实现上述目的，本发明的一种流水线ADC的第一级电容校准方法，包括以下步骤：
S10，检测所述流水线ADC的INL曲线；
S20，确定所述INL曲线上的17个区间；
S30，对该17个区间内的INL曲线分别进行线性拟合，并分别计算17个线段的斜率k1，k2，……，k17，再计算17个斜率除最大值和最小值外其他15个斜率值的平均值，
S40，根据S30中斜率的平均值，对所述17个区间进行重新搜索，重新求得每个拟合直线的截距值b；
S50，根据斜率的平均值，以及截距值b，对所述17个区间重新进行线性拟合，计算每一段线段的INL跳变值；
S60，根据S50中的INL跳变值，对ADC输出结构加上所述INL 跳变值，从而补齐所述ADC传输曲线的跳变位置；
S70，检测补齐后的INL曲线的跳变值值是否大于1LSB，若判断为是则重复执行S20。
具体的，所述步骤S20具体包括以下步骤：
将INL曲线划分为17个搜索范围(Xi，Xi+1)，并在没一个搜索范围(Xi，Xi+1)中确定一组搜索点(Si，Si+1)，该搜索点之间的横坐标距离X是固定的，从Si＝Xi点开始，计算这两个搜索点之间的INL差值，随后两个搜索点均向右平移一个单位，计算这两个搜索点之间的 INL差值，重复此步骤，直到Si+1＝Xi+1时，能得到若干INL差值，确定INL差值最大时的Si和Si+1的位置，并按照每个区间中Si和Si+1的位置，重新划分17个区间。
所述S40具体包括以下步骤：
S41，设定在(S0，S1)区间中截距搜索范围(b0，b1)，从而得到在(S0， S1)区间中拟合直线表达式：
Figure GDA0002715419010000031
S42，在横坐标为x0时，设INL曲线上的点为P(x0，f(x0))，拟合实线上的点P1为
Figure GDA0002715419010000032
S43，定义评价标准T：
Figure GDA0002715419010000033
S44，截距b从b0变化到b1，获得一系列评价标准T，取评价标准T值最小时候的截距b作为该区间(S0，S1)区间中拟合直线的截距。
S45，重复执行步骤S41～S44得到所有17个区间中拟合直线的截距。
本发明的基于积分非线性曲线(INL曲线)的流水线ADC的第一级电容失配校准方法，能够在不增加芯片面积和电容复杂度的基础上，同时能够提高芯片SFDR和SNR等指标。
附图说明
图1为本发明的流水线ADC的第一级电容校准方法流程图；
图2为流水线ADC的INL曲线图；
图3为第一搜索区间的搜索结果图；
图4为第一搜索区间确定的结果图；
图5为图3中的第一次拟合直线图；
图6为图3中的第一次拟合直线中，对于第一条拟合直线进行截距搜索的示意图；
图7为图5中对于下一条拟合直线进行结局搜索的示意图；
图8为17个区间第二次直线拟合后的线段示意图；
图9为补偿后的ADC输入输出图。
具体实施方式
下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。
如图1所示，本实施方式的流水线ADC的第一级电容校准方法，包括以下步骤：
S10，检测流水线ADC的INL曲线，具体为图2所示；
S20，确定INL曲线上的17个区间(S0，S1)(S1，S2)……(S31，S32)；
具体的，步骤S20包括以下步骤：
如图2所示，在INL曲线中设定一个搜索范围，例如图2中的 X1～X2，并确定一组搜索点(S1，S2)，为了避免动态偏移所引起的计算误差，该搜索点之间的横坐标距离X是固定的，从S1＝X1点开始，计算这两个搜索点之间的INL差值d，随后搜索点向右平移一个单位，在搜索范围(X1，X2)，即Si从X1点移动，直到Si+1＝Xi+1过程中，中能得到若干INL差值d，找到INL差值d最大时的Si和Si+1的值确定为S1和S2，如图3所示，在搜索范围X1，X2中INL差值d最大的两个点分别为S1、S2，按照同样的方法，重新选择搜索范围，从而进行搜索，根据此方法对INL曲线重新划分为17个区间(S0，S1)、(S1， S2)……(S31，S32)。
S30，对该17个区间内的INL曲线分别进行线性拟合，如图4，获得17个斜率k1，k2，……，k17，并计算17个斜率除最大值和最小值外其他15个斜率值的平均值，
S40，根据S30中斜率的平均值，对17个区间进行重新搜索，获得每个区间中拟合直线的截距值b；
具体的，S40包括以下步骤：
S41，设定在(S0，S1)区间中截距搜索范围(b0，b1)，从而得到在(S0， S1)区间中拟合直线表达式：
Figure GDA0002715419010000051
S42，在横坐标为x0时，设INL曲线上的点为P(x0，f(x0))，拟合实线上的点P1为
Figure GDA0002715419010000052
S43，定义评价标准T：
Figure GDA0002715419010000061
S44，截距b从b0变化到b1，获得一系列评价标准T，取评价标准 T值最小时候的截距b作为该区间(S0，S1)区间中拟合直线的截距，重复S41～S44找出各个区间内的截距值。
S50，根据斜率的平均值，以及截距，多17个重新进行线性拟合如图7所示，计算每个区间内的INL跳变值INLjump_i；
S60，如图8所示根据S50中的INL跳变值，对ADC输出结构加上INL跳变值，从而补齐ADC传输曲线的跳变位置；
S70，检测补齐后的INL曲线的跳变值值是否大于1LSB，若判断为是则重复执行S20。
以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种流水线ADC的第一级电容校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，检测所述流水线ADC的INL曲线；
S20，确定所述INL曲线上的17个区间；
S30，对该17个区间内的INL曲线分别进行线性拟合，并分别计算17个线段的斜率k1，k2，……，k17，再计算17个斜率除最大值和最小值外其他15个斜率值的平均值
Figure FDA0002816428230000011
S40，根据S30中斜率的平均值
Figure FDA0002816428230000012
对所述17个区间进行重新搜索，重新求得每个拟合直线的截距值b；
S50，根据斜率的平均值
Figure FDA0002816428230000013
以及截距值b，对所述17个区间重新进行线性拟合，计算每一段线段的INL跳变值；
S60，根据S50中的INL跳变值，对与每一段线段对应的ADC输出结果加上与该线段对应的INL跳变值，从而补齐ADC传输曲线的跳变位置；
S70，检测补齐后的INL曲线的跳变值是否大于1LSB，若判断为是则重复执行S20。
2.如权利要求1所述的流水线ADC的第一级电容校准方法，其特征在于，所述步骤S20具体包括以下步骤：
将INL曲线划分为17个搜索范围(Xi，Xi+1)，并在每一个搜索范围(Xi，Xi+1)中确定一组搜索点(Si，Si+1)，该搜索点之间的横坐标距离X是固定的，从Si＝Xi点开始，计算这两个搜索点之间的INL差值，随后两个搜索点均向右平移一个单位，计算这两个搜索点之间的INL差值，重复此步骤，直到Si+1＝Xi+1时，能得到若干INL差值，确定INL差值最大时的Si和Si+1的位置，并按照每个区间中Si和Si+1的位置，划分为17个搜索范围；其中i为自然数，i＝0，1，2，…。
3.如权利要求1所述的流水线ADC的第一级电容校准方法，其特征在于，所述S40具体包括以下步骤：
S41，设定在(S0，S1)区间中截距搜索范围(b0，b1)，从而得到在(S0，S1)区间中拟合直线表达式：
Figure FDA0002816428230000021
S42，在横坐标为x0时，设INL曲线上的点为P(x0，f(x0))，拟合实线上的点P1为
Figure FDA0002816428230000022
S43，定义评价标准T：
Figure FDA0002816428230000023
S44，截距b从b0变化到b1，获得一系列评价标准T，取评价标准T值最小时候的截距b作为该区间(S0，S1)区间中拟合直线的截距；
S45，在余下的16个区间中，重复执行步骤S41～S44得到所有17个区间中拟合直线的截距。
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