逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。該逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列采用分組設(shè)計，并采用鏈?zhǔn)窖h(huán)的估計方法，可以消除單通道SAR ADC本身的電容失配，SAR ADC陣列之間的增益失配和失調(diào)電壓失配等非理想因素引入的非線性，能夠快速高效的完成模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列的校準(zhǔn)，大大降低了設(shè)計復(fù)雜度并降低了功耗。
【專利說明】逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子行業(yè)電子元器件【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (SARADC)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是信號處理過程中模擬電路與數(shù)字電路的接口電路。其中SARADC因 為適合于工藝尺寸縮小，結(jié)構(gòu)簡單，是近年來非常受歡迎的結(jié)構(gòu)。在中等精度的陣列傳感器 中，它也因此得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 然而在陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，失配導(dǎo)致了嚴(yán)重的非線性。除了電容失配引起的單通 道模數(shù)轉(zhuǎn)換器本身的非線性，通道之間的增益失配，失調(diào)電壓失配等，更進一步地限制了陣 列模數(shù)轉(zhuǎn)換器的線性度。
[0004] 近年來，冗余概念及LMS濾波器的引入為校準(zhǔn)SARADC提供了新的思路，在相應(yīng)的 輔助電路的支持下，這些技術(shù)已經(jīng)在單通道及時間交織SARADC的校準(zhǔn)中得到了應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，以消除單通道SARADC本身的電容失配，SARADC陣列之間的增益失配和失調(diào)電壓失配等非理想因素引入 的非線性。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 本發(fā)明逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括：寄存器單元，用于存儲失配參數(shù)矩陣，其 中，該失配參數(shù)矩陣為2XZ的矩陣；逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列，其包括2Z個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該 2Z個模數(shù)轉(zhuǎn)換器分為兩組-組M和組N，每組包含Z個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，相鄰的兩模數(shù)轉(zhuǎn) 換器分屬不同的組，同一組的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用相同的電容設(shè)計，不同組的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用 不同的電容設(shè)計，在一個信號周期內(nèi)，該逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列中的每一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 分別對輸入模擬信號進行初步量化，得到〇-1碼向量；以及LMS濾波器組，連接于所述逐次 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列和寄存器單元，其在所述信號周期中執(zhí)行以下操作，對寄存器內(nèi)的失 配參數(shù)矩陣的各個元素進行更新：依次接收兩相鄰的屬于不同組的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的0-1 碼向量，完成失配參數(shù)矩陣中該兩模數(shù)轉(zhuǎn)換器對應(yīng)的參數(shù)向量的估計，在執(zhí)行完所述信號 周期后，完成對失配參數(shù)矩陣的一次估計與更新。其中，所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列中的 模數(shù)轉(zhuǎn)換器均為逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0009] (三）有益效果
[0010] 本發(fā)明逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列采用分組設(shè)計，并采用鏈?zhǔn)?循環(huán)的估計方法，能夠快速高效的完成模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列的校準(zhǔn)，大大降低了設(shè)計復(fù)雜度并 降低了功耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為本實施例逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列中一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 示意圖；
[0013] 圖3為圖1逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中LMS濾波器組進行失配參數(shù)校正的示意 圖；
[0014] 圖4為LMS濾波器進行失配參數(shù)校正的流程圖。

【具體實施方式】
[0015] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實施例中提到的 方向用語，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0016] 本發(fā)明逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列采用分組設(shè)計，采用鏈?zhǔn)窖?環(huán)的估計方法進行模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列的校準(zhǔn)。具體來講：
[0017] (1)模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列中模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的電容陣列：C=(CBB，Cm^，......c2,c:, Q)滿足以下條件：

【權(quán)利要求】
1. 一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，包括： 寄存器單元，用于存儲失配參數(shù)矩陣，其中，該失配參數(shù)矩陣為2XZ的矩陣； 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列，其包括2Z個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該2Z個模數(shù)轉(zhuǎn)換器分為兩組-組M和組N，每組包含Z個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，相鄰的兩模數(shù)轉(zhuǎn)換器分屬不同的組，同一組的模 數(shù)轉(zhuǎn)換器采用相同的電容設(shè)計，不同組的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用不同的電容設(shè)計，在一個信號周 期內(nèi)，該逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列中的每一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別對輸入模擬信號進行初步量 化，得到0-1碼向量；以及 LMS濾波器組，連接于所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列和寄存器單元，其在所述信號周期 中執(zhí)行以下操作，對寄存器內(nèi)的失配參數(shù)矩陣的各個元素進行更新：依次接收兩相鄰的屬 于不同組的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的0-1碼向量，完成失配參數(shù)矩陣中該兩模數(shù)轉(zhuǎn)換器對應(yīng)的參 數(shù)向量的估計，在執(zhí)行完所述信號周期后，完成對失配參數(shù)矩陣的一次估計與更新； 其中，所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器均為逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，所述逐次模數(shù)轉(zhuǎn)換 器陣列中的每一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器均為MSB維的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其包括DAC電容序列C= (CBB， Cmsb-Ij · · ....C2，C1,Ctl)，該DAC電容序列C滿足以下條件： ①對于iG{1，2,......，MSB-1，MSB}，滿足C1' -Σ!/:?)C/S0; Cj= C； ③MSB>Iog2C ; 其中，Ci表示DAC電容序列C中第i個電容的電容值，c是電容總面積，同一組的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器對應(yīng)滿足上述條件的一個解，不同組的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對應(yīng)滿足上述條件的不同解。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，對于所述逐次模數(shù) 轉(zhuǎn)換器陣列中的每一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其還包括： 開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，通過控制DAC電容序列中電容的連接方式以控制逐次逼近過程中的進程； 比較器，連接于DAC電容陣列的后端，用于完成每次比較并得到一位二進制輸出結(jié)果； 輸出控制電路，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器有序準(zhǔn)確地工作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，所述逐次逼近模數(shù) 轉(zhuǎn)換器陣列中的2Z個模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次為：ADC-M。，ADC-N。，......,ADC-MijADC-Ni,......， ADC-Mz+ADC-Np1; 其中，ADC-Mi，ADC-Ni分別為逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列組M和組N中的第i個模數(shù)轉(zhuǎn)換 器；所述ADC-Np1與ADC-Mtl視為相鄰模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸 出MSB維的0-1碼向量； 所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列在該MSB維的0-1碼向量的最后增加一維，且賦值為1， 并將該MSB+1維的0-1碼向量輸入至LMS濾波器組。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，所述LMS濾波器組依 次接收兩相鄰的屬于不同組的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的0-1碼向量，按照以下方式完成失配參數(shù) 矩陣中該兩模數(shù)轉(zhuǎn)換器對應(yīng)的參數(shù)向量的估計： 子步驟Al:計算誤差函數(shù)e=D'Mp ·WMp-D'Nq·WN(1 ; 子步驟A2 :更新寄存器中存儲的參數(shù)向量： WMp =WMp-u·e· (D'Mp-D' Nq) WNq =WNq+u*e· (DiMp-DiNq) 其中，D'Mp為組M中第p個模數(shù)轉(zhuǎn)換器-ADC-Mp對應(yīng)的MSB+1維的0-1碼向量，Wmp為 失配參數(shù)矩陣中ADC-Mp對應(yīng)的參數(shù)向量；D'Nq為組N中第q個模數(shù)轉(zhuǎn)換器-ADC-Nq對應(yīng) 的MSB+1維的0-1碼向量，WNq為失配參數(shù)矩陣中ADC-Nq對應(yīng)的參數(shù)向量；u為學(xué)習(xí)速率參 數(shù)；p=q或 |p-q| = 1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，所述學(xué)習(xí)速率參數(shù)u 介于0.001?0. 1之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，通過K個信號周期， 實現(xiàn)所述失配參數(shù)矩陣的收斂，其中，每一信號周期對應(yīng)一輸入模擬信號，所述K> 20。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，還包 括： 輸出電路及控制模塊，連接于LMS濾波器組的后端，用于控制SARADC陣列以及LMS濾 波器組有序準(zhǔn)確地工作，并輸出逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的最終數(shù)字信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其特征在于，所述 寄存器單元單獨設(shè)置，或設(shè)置于所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列或LMS濾波器組中。
【文檔編號】H03M1/38GK104467857SQ201410837097
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】姚兵兵, 劉力源, 劉劍, 吳南健 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所