一种双采样伪劈分结构快速数字校准算法
【专利摘要】本发明公开了一种双采样伪劈分结构快速数字校准算法，是应用于由采样保持电路和由N级电路串联而成的流水级电路以及数字冗余电路组成的流水线ADC中，其特征是在偶时刻和奇时刻分别采样输出信号用作流水线ADC的输入信号；奇时刻注入随机信号作为扰动，偶时刻则不注入，两路输出的差值传递给后台校正单元，利用信号相关性以实现误差信息的实时提取和补偿，当误差得到正确的校准之后，两路转换输出值的算术平均值作为流水线ADC最后的转换输出值。本发明能降低模拟电路的设计难度并保证系统的性能，电路消耗小，校准速度更快，且能进行高精度的校准。
【专利说明】一种双采样伪劈分结构快速数字校准算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高速、高精度模数转换【技术领域】，具体来讲，涉及一种双采样伪劈分结 构快速数字校准算法。
【背景技术】
[0002] 流水线ADC由于容易获得高速高精度等特点，被广泛应用于无线通信、(XD图像数 据处理、超声监测等高速应用领域。但是，随着CMOS工艺的演进，器件尺寸按比例缩减、电 源电压降低以及晶体管本征增益变低等因素的存在使得电路的非理想效应更加凸显，为高 性能模数转换器的设计带来诸多困难。利用大规模数字电路在工艺、面积和功耗上的优势， 减轻高性能ADC存在于架构、工艺、性能、面积、功耗等多方面的设计约束，即采用数字校准 电路换取模拟电路系统的性能提升成为当前的研究热点。
[0003] 由于工艺偏差以及环境温度变化，米样电容之间会有一定程度的相对偏差， 运放的增益也不可能做到无穷即运放增益的有限性，等效为级间增益误差对模数转换 器转换的精度产生影响。国内外已有若干针对流水线ADC级间增益误差校准的研究 出现，国内如丁洋、王宗民等人发明的一种流水线ADC多比特子DAC电容失配校准方 法（丁洋，王宗民，周亮.一种流水线ADC多比特子DAC电容失配校准方法.中国专利： 201110362025. 2,2011-11-15);任俊彦和林楷辉等一种流水线ADC的数字后台校准电路 (任俊彦，林楷辉，罗磊，余北，朱瑜，叶凡，许俊，李宁，李巍.一种数字后台校准电路.中 国专利：200910195739. 1，2009-09-16)，但这些方法要么需要中断ADC的正常操作，无 法实现实时校准；要么实现后台校准，然而他们的校准速度却很慢。许多系统要求高精 度ADC的校准技术快速、有效，如何提高校准算法的收敛速度是亟待解决的关键性问题。 RobertoG.Massolini和GiovanniCesura等采用LMS迭代法和拉格朗日内插技术实现快 速校准（RobertoG.Massolini,GiovanniCesura,RinaldoCastello.Afullydigital fastconvergencealgorithmfornonlinearitycorrectioninmultistageADC[J]. IEEETransactionsonCircuitsandSystemsII，2006, 53(5):389-393.)，然而这种 算法实现起来复杂，且校准精度有限。A.Imran和J.DavidA等人提出劈分（split)结 构，将单个ADC劈分成两个结构相同、面积减半的ADC，在输出端用LMS迭代法估计误差 (ImranAhmed,DavidA.Johns.Anll-Bit45MS/sPipelinedADCWithRapidCalibration ofDACErrorsinaMultibitPipelineStage[J].IEEEJournalofSolid-State Circuits, 2008, 43 (7) : 1626-1637.)，然而这种方案增加了ADC转换器的空间通道来实现 增加ADC输出信号的采集，模拟电路实现复杂。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双采样伪劈分结构快速数字校 准算法，以期降低模拟电路的设计难度并保证系统的性能，电路消耗小，校准速度更快，且 能进行高精度的校准。
[0005] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0006] 本发明一种双采样伪劈分结构快速数字校准算法，是应用于由采样保持电路和由 N级电路串联而成的流水级电路以及数字冗余电路组成的流水线ADC中，其特点是按如下 步骤进行：
[0007] 步骤1、所述采样保持电路接收外部的输入信号Vin[n]，并分别在t= 2n的偶时刻 和t= 2n+l的奇时刻进行采样，获得偶时刻输出电压Vish[2n]和奇时刻输出电压Vish[2n+1] 后传输至所述流水级电路；
[0008] 步骤2、以所述流水级电路的第1级电路为被校准级电路，分别利用式（1)和式 (2)对所述偶时刻输出电压Vish[2n]和奇时刻输出电压Vish[2n+1]进行转换，获得偶时刻数 字输出信号DOT[2n]和奇时刻数字输出信号0_[211+1]:
【权利要求】
1. 一种双采样伪劈分结构快速数字校准算法，是应用于由采样保持电路和由N级电 路串联而成的流水级电路以及数字冗余电路组成的流水线ADC中，其特征是按如下步骤进 行： 步骤1、所述采样保持电路接收外部的输入信号Vin[n]，并分别在t= 2n的偶时刻和t=2n+l的奇时刻进行采样，获得偶时刻输出电压Vish[2n]和奇时刻输出电压Vish[2n+1]后 传输至所述流水级电路； 步骤2、以所述流水级电路的第1级电路为被校准级电路，分别利用式（1)和式（2)对 所述偶时刻输出电压Vish[2n]和奇时刻输出电压Vish[2n+1]进行转换，获得偶时刻数字输 出信号D^Dn]和奇时刻数字输出信号0_[211+1]:
式⑴和式⑵中，PNS伪随机信号，Qsl是流水级电路的第1级电路的量化噪声，匕为 第1级电路的级间增益，61为第1级电路的估计级间增益，QAD。是除第1级电路以外的N-1 级电路的量化噪声；Y为所述注入随机信号PN的摆幅，其值为第1级流水级的失调误差的 一半； 步骤3、利用式（3)获得所述偶时刻数字输出信号DOTT[2n]和奇时刻数字输出信号D0UT[2n+l]之间的差值De[n]:
步骤4、将所述差值Djn]与随机信号PN利用式（4)进行相关运算获得第1级电路的 级间增益误差△ [n]:
式⑷中，中间值以11]与随机信号PN不相关，则逐渐逼近于零，级间增益误 差A[n]与(?i-Gi成正比； 步骤5、利用式（6)所示的LMS算法对所述级间增益误差△ [n]进行迭代，使得所述第1级电路的估计级间增益61逐步逼近于所述第1级电路的级间增益G1:
式（6)中，ii为迭代步长； 步骤6、所述LMS迭代输出稳定，获得所述第1级电路的估计级间增益61近似等于所述 第1级电路的级间增益G1，从而使得第一级级间增益误差消除； 步骤7、利用式（7)获得流水线ADC的转换输出值DOT:
以所述转换输出值DOTT实现流水线ADC第1级增益误差校准。
【文档编号】H03M1/10GK104410417SQ201410610648
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】邓红辉, 陈红梅, 尹勇生 申请人:合肥工业大学