一種應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法技術

本發明專利技術公開的屬于模擬和數字混合信號集成電路設計技術領域，具體為一種應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法，該應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法的具體方式如下：參考電壓Vref為滿擺幅信號范圍Vfs的一半，在校正期間，輸入信號Vin與參考電壓Vref短接，參考電壓Vref一側的采樣電容Cr是輸入信號Vin一側的采樣電容Ci的兩倍，電容失配造成實際輸出值偏離參考電壓Vref；不需要片內提供精密參考源和復雜校正邏輯，僅僅依靠已知的Vref電壓值和輸出結果就可以方便的計算出校正因子，可以很好的避開這種ADC在滿量程附近的低線性度區域，獲得更好的校正效果。

A method of gain error correction applied to ADC

【技術實現步驟摘要】
一種應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法
本專利技術涉及模擬和數字混合信號集成電路設計
，具體為一種應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法。
技術介紹
模數轉換器即A/D轉換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉變為數字信號的電子元件。通常的模數轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數字信號。由于數字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數轉換器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉換信號大小。而輸出的數字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器(ADC)，其由模擬部分的開關電容SIGMA-DELTA型模擬調制器和數字濾波器構成，如圖1所示。其中，模擬調制器由積分器和比較器等模塊組成，其中最關鍵的模塊就是積分器，典型的積分器結構如圖2所示，由于Cr和Ci的失配、開關的電荷注入和電荷潰通效應以及運算放大器的有限增益等因素，導致整個模擬數字轉換器出現一定的增益誤差，即輸出與輸入之間不是1倍的關系，而是呈現為以下表達式：Dout＝Vin*(1+e)上式中的e即為增益誤差。對于一般的開關電容SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器，若不進行校正的話，該誤差約為0.1％左右，在精密測量應用中，這樣的誤差量通常無法滿足要求?，F有的增益誤差方案主要有兩種：一種是在片內設計一種高精度的參考源，在校正時輸入到ADC的輸入端，讀取ADC的輸出值，比較ADC的輸出信號值與參考源的電壓值，從而得出校正系數。該方法比較直觀，但是在芯片內部構造高精度的參考源需要較為復雜的設計與修調，會增加設計和測試成本。另外一種是采用動態調制的結構，將固定的直流增益誤差調制成高頻的動態誤差，并使用濾波器將該高頻誤差濾除，如圖3所示。該方法可以很好的抵消Cr和Ci的電容失配，但是需要的校正時序較為復雜，而且無法校正其他的電荷注入和電荷潰通效應以及運算放大器的有限增益等因素引入的增益誤差。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法，以解決上述
技術介紹
中提出的現有的增益誤差方案芯片內部構造高精度的參考源需要較為復雜的設計與修調，會增加設計和測試成本，需要的校正時序較為復雜，而且無法校正其他的電荷注入和電荷潰通效應以及運算放大器的有限增益等因素引入的增益誤差的問題。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法，所述模擬數字轉換器為離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器，所述離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器由運算放大器Av、開關S1～S8和電容Cr、Ci和Cf構成，該應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法的具體方式如下：參考電壓Vref為滿擺幅信號范圍Vfs的一半，在校正期間，輸入信號Vin與參考電壓Vref短接，參考電壓Vref一側的采樣電容Cr是輸入信號Vin一側的采樣電容Ci的兩倍，電容失配造成實際輸出值偏離參考電壓Vref；將輸出值除以參考電壓Vref值即可得到相應的增益誤差校正系數，如下式所示：a＝Dout/Vref芯片可以在上電時進行校正，然后將該校正因子存儲在片內相應寄存器中，而在正常工作期間，輸入接入待轉換的信號Vin，而輸出值均乘以a即可。優選的，所述電容Cf的兩端分別連接在運算放大器Av的輸出端、反相輸入端。優選的，所述參考電壓Vref、輸入信號Vin均連接在運算放大器Av的反相輸入端上。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：1)不需要片內提供精密參考源和復雜校正邏輯，僅僅依靠已知的Vref電壓值和輸出結果就可以方便的計算出校正因子，而且校正的電壓點在SIGMA-DELTA型ADC滿量程的中間，可以很好的避開這種ADC在滿量程附近的低線性度區域，獲得更好的校正效果；2)在計算校正因子的時候，包含了從信號輸入到最終數字輸出的整個信號通路上的增益誤差，前文提到的電容失配、開關電荷注入和電荷潰通以及運算放大器的有限增益等非理想因素都囊括在內；3)雖然使用了滿量程的一半作為參考電壓，依然可以保證輸入信號能達到滿量程。附圖說明圖1為典型的離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器系統框圖；圖2為積分器電路原理圖；圖3為動態調制增益誤差方案的原理圖；圖4為本專利技術積分器校正期間的連接關系圖；圖5為本專利技術積分器正常工作期間的連接關系圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦＠夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。在本專利技術的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本專利技術的限制。實施例：請參閱圖1-5，本專利技術提供一種技術方案：如圖1所示，是典型的離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器(ADC)，其由模擬部分的開關電容SIGMA-DELTA型模擬調制器和數字濾波器構成；典型的積分器結構如圖2所示，由運算放大器(Av)、開關(S1～S8)和電容(Cr，Ci和Cf)構成。一種應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法，所述模擬數字轉換器為離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器，所述離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器由運算放大器Av、開關S1～S8和電容Cr、Ci和Cf構成，該應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法的具體方式如下：參考電壓Vref為滿擺幅信號范圍Vfs的一半，在圖4所示的校正期間，輸入信號Vin與參考電壓Vref短接，參考電壓Vref一側的采樣電容Cr是輸入信號Vin一側的采樣電容Ci的兩倍，則理論上輸出電壓應該是參考電壓Vref，及滿擺幅信號范圍Vfs的一半。但是由于電容失配等非理想因素的影響，會造成實際輸出值偏離參考電壓Vref，即引入了增益誤差；將輸出值除以參考電壓Vref值即可得到相應的增益誤差校正系數，如下式所示：a＝Dout/Vref芯片可以在上電時進行校正，然后將該校正因子存儲在片內相應寄存器中，而在正常工作期間，輸入接入待轉換的信號Vin，而輸出值均乘以a即可。進一步地，所述電容Cf的兩端分別連接在運算放大器Av的輸出端、反相輸入端。進一步地，所述參考電壓Vref、輸入信號Vin均連接在運算放大器Av的反相輸入端上。在不使用復雜校正邏輯，且不需要精密參考源的情況下，實現高達0.005％的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法，所述模擬數字轉換器為離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器，所述離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器由運算放大器Av、開關S1～S8和電容Cr、Ci和Cf構成，其特征在于：該應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法的具體方式如下：/n參考電壓Vref為滿擺幅信號范圍Vfs的一半，在校正期間，輸入信號Vin與參考電壓Vref短接，參考電壓Vref一側的采樣電容Cr是輸入信號Vin一側的采樣電容Ci的兩倍，電容失配造成實際輸出值偏離參考電壓Vref；/n將輸出值除以參考電壓Vref值即可得到相應的增益誤差校正系數，如下式所示：/na＝Dout/Vref/n芯片可以在上電時進行校正，然后將該校正因子存儲在片內相應寄存器中，而在正常工作期間，輸入接入待轉換的信號Vin，而輸出值均乘以a即可。/n

【技術特征摘要】
1.一種應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法，所述模擬數字轉換器為離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器，所述離散時間SIGMA-DELTA型模擬數字轉換器由運算放大器Av、開關S1～S8和電容Cr、Ci和Cf構成，其特征在于：該應用于模擬數字轉換器的增益誤差校正方法的具體方式如下：
參考電壓Vref為滿擺幅信號范圍Vfs的一半，在校正期間，輸入信號Vin與參考電壓Vref短接，參考電壓Vref一側的采樣電容Cr是輸入信號Vin一側的采樣電容Ci的兩倍，電容失配造成實際輸出值偏離參考電壓Vref；
將輸出值除以參考電壓Vref值即...

【專利技術屬性】
技術研發人員：不公告發明人，
申請(專利權)人：蘇州芯達微電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32