模数转换器校准方法及模数转换器与流程

本发明涉及模数转换领域，特别是涉及一种模数转换器校准方法及模数转换器。

背景技术：

1、随着计算机处理技术的快速发展，模数转换器（adc）作为模拟、数字信号的桥梁，发挥着越来越重要的作用。在众多adc结构中，逐次逼近型adc（sar adc）由于结构简单、面积小、成本低，且能满足大多数场景的速度、精度和功耗需求，受到广泛应用。然而，随着adc制备工艺不断缩小，器件失配、系统噪声等的不断恶化使得高精度sar adc的设计变得越来越困难。因此，要实现高精度的sar adc，需要使用额外的电容误差纠正算法以及噪声消除方法。

2、影响电容dac阵列的精度是决定sar adc精度的最主要因素，位电容失配会引起转换输出曲线偏移。导致电容dac阵列失配的非理想主要有两个：一是有限的匹配精度；二是由于电容阵列中的寄生电容影响。现有电容误差纠正算法均较为复杂且无法解决电容阵列整体存在的寄生电容的问题，如：专利号cn109728815的专利申请中，通过比较器对各个电容组的值进行误差测量，并记录下量表便于后续进行误差值的查找；以及，如专利号cn108462492的专利申请中，通过分别调节位于正反向输入端的电容，使得差分输入器的输出信号翻转两次时表示校准达到中间值，完成电压校准。这些电容误差纠正算法均是对位电容单个进行校准的，校准所需的步骤较为复杂。

3、为了解决上述难题，本发明提供了一种模数转换器校准方法及模数转换器，通过切换输入端对电容的失配值进行抵消从而实现对电容阵列整体的校准。

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种模数转换器校准方法及模数转换器，用于解决现有技术中校准方法步骤繁琐复杂的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种模数转换器校准方法，基于比较器、第一dac电容阵列、第二dac电容阵列及逻辑控制模块实现；其中，所述第一dac电容阵列以及所述第二dac电容阵列均设置有n位电容以及n个开关，且电容和开关一一对应设置；n为大于等于1的整数；所述第一dac电容阵列中各位电容的第一极板均连接所述比较器的第一输入端，第二极板均分别连接对应的开关；所述第二dac电容阵列的各位电容的第一极板均连接所述比较器的第二输入端，第二极板均分别连接对应的开关；所述逻辑控制模块的输出端分别连接所述第一dac电容阵列以及所述第二dac电容阵列中的各个开关，用于切换各开关，进而控制各电容器的第二极板连接参考电压或参考地，所述模数转换器校准方法，包括：

3、s1、将所述比较器的第一输入端的n位电容的第二极板均连接所述参考电压，第二输入端的i个位电容的第二极板连接参考电压以及(n-i)个位电容的第二极板连接参考地，测量所述比较器的输出电压作为第一测量电压；将所述第二输入端的位电容电平状态全部翻转，再次测量所述比较器的输出电压作为第二测量电压；基于所述第一测量电压和所述第二测量电压做差计算得到所述第二输入端的第一误差电压；i为大于等于0且小于等于n的整数；

4、s2、将所述比较器的第二输入端的n位电容的第二极板均连接所述参考电压，第一输入端的i个位电容的第二极板连接参考电压以及(n-i)个位电容的第二极板连接参考地，测量所述比较器的输出电压作为第三测量电压；将所述第一输入端的位电容电平状态全部翻转，再次测量所述比较器的输出电压作为第四测量电压；基于所述第三测量电压和所述第四测量电压做差计算得到所述第一输入端的第二误差电压；

5、s3、基于所述第一误差电压及所述第二误差电压做差计算得到所述模数转换器的电容阵列误差电压以及所述电容阵列误差电压的极性；

6、s4、基于所述电容阵列误差电压的极性，向所述比较器相反极性的输入端提供与所述电容阵列误差电压大小相等的校准电压，进而校准所述模数转换器的电压误差。

7、可选地，步骤s4包括：

8、s41、基于所述电容阵列误差电压的极性，向所述比较器第一极性输入端提供与所述电容阵列误差电压大小相等的电压；

9、s42、基于二进制搜索算法按照从最高位电容到最低位电容的顺序依次确定所述比较器第二极性输入端的各位电容的电位状态，直到所述比较器的输出电压小于设定值时判定所述比较器第一极性输入端以及所述第二极性输入端相等；

10、s43、撤去所述比较器第一极性输入端电压，进而得到校准后的模数转换器；

11、其中，所述第一极性输入端的极性与所述电容阵列误差电压的极性相同；所述第二极性输入端的极性与所述电容阵列误差电压的极性相反。

12、可选地，所述模数转换器校准方法还包括：

13、基于查表方式向所述逻辑控制模块提供待校准的误差电压；

14、所述逻辑控制模块基于所述误差电压的极性与大小，切换所述比较器相反极性的输入端的各位电容的电平状态，直到得到与所述误差电压大小相等的电压，进而校准所述模数转换器的电压误差；

15、其中，所述误差电压设置为温度误差电压或输入误差电压。

16、可选地，基于待校准的误差电压极性，向所述比较器相同极性的输入端提供与所述误差电压大小相等的电压；

17、基于二进制搜索算法按照从最高位电容到最低位电容的顺序依次确定所述比较器相反极性的输入端的各位电容的电位状态，直到所述比较器的输出电压小于设定值时判定所述比较器两个输入端的输入电压相等；

18、撤去所述比较器相同极性的输入端电压，进而得到校准后的模数转换器。

19、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种模数转换器，用于实现上述的模数转换器校准方法，包括：

20、所述模数转换器包括比较器、第一dac电容阵列、第二dac电容阵列、逻辑控制模块及采样保持模块；

21、其中，所述第一dac电容阵列以及所述第二dac电容阵列均设置有n位电容以及n个开关，且电容和开关一一对应设置；n为大于等于1的整数；

22、所述第一dac电容阵列中各位电容的第一极板均连接所述比较器的第一输入端，第二极板均分别连接对应的开关；所述第二dac电容阵列的各位电容的第一极板均连接所述比较器的第二输入端，第二极板均分别连接对应的开关；

23、所述逻辑控制模块的输出端分别连接所述第一dac电容阵列以及所述第二dac电容阵列中的各个开关，用于切换各开关，进而控制各电容器的第二极板连接参考电压或参考地；

24、所述采样保持模块的输入端连接输入电压，输出端连接所述比较器，用于采样电压数据并输入到所述比较器。

25、可选地，所述采样保持模块设置为两个采样保持单元；各采样保持单元分别连接所述比较器的两个输入端。

26、可选地，所述采样保持模块设置为一个采样保持单元；所述比较器的正向输入端连接所述采样保持单元，反向输入端接地。

27、可选地，所述采样保持单元设置为采样开关。

28、可选地，所述模数转换器还包括校准模块；所述校准模块的输入端连接所述比较器的输出端，输出端连接所述逻辑控制模块，用于存储误差电压并提供待校准的误差电压到所述逻辑控制模块，进而对所述模数转换器进行校准。

29、如上所述，本发明的模数转换器校准方法及模数转换器，具有以下有益效果：

30、1、本发明的模数转换器校准方法及模数转换器通过了将比较器的两输入端的电容器分别切换，进而将各边位电容的误差均统计在单边误差电压中，再直接基于两边的误差电压做差进而消除掉共有的比较器失调电压，从而实现了dac电容阵列的校准。

31、2、本发明的模数转换器结构简单，本发明的校准方法的方法简便，能有效的应用于模数转换领域中，有效提高了模数转换器以及数模转换器的精度。