本發明涉及模數轉換器，特別是涉及一種流水線模數轉換器校正方法。

背景技術：

1、流水線模數轉換器(pipeline?adc)由于能夠同時兼顧高速和高精度的特點，被廣泛應用于。不同于pipeline?adc后續子級中的噪聲，第一級引入的噪聲無法利用流水線的特點進行抑制，因此第一級引入的噪聲常成為主導。且隨著集成電路尺寸縮小，寄生效應和器件失配導致的性能退化愈發明顯。

2、pipeline?adc依賴精確的電容比例關系實現轉換功能，采樣電容和反饋電容的失配，使得在轉換階段引入和輸入信號相關的誤差，這會在頻譜上表現出能量較高的諧波特性，使得無雜散動態范圍特性變差。同時，電容失配也會帶來增益誤差(包括線性誤差和非線性誤差)，這在傳輸曲線上表現出過量程或曲線變形，導致失碼和頻譜雜散等，當運算放大器的增益和帶寬不足時，此問題會更加嚴重。

3、針對pipeline?adc中的電容失配，目前常用的方法是進行前臺校準，但這種方法需要打斷adc的正常工作流程，當校準完成后芯片才能工作。也有利用偽隨機信號的統計特性進行電容失配校準，但是這種方法需要將隨機信號和信號源一起輸入，但是會減小輸入信號范圍，這并不是都可接受的。也可利用動態元件匹配技術，將失配導致的諧波轉化為隨機噪聲，但是這種方式會使噪底升高，也就是犧牲了信噪比來提升無雜散動態范圍，并沒有從根本上解決問題。

技術實現思路

1、本發明所要解決的技術問題是提供一種流水線模數轉換器校正方法，能夠同時提高流水線模數轉換器的信噪比和無雜散動態范圍。

2、本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種流水線模數轉換器校正方法，包括以下步驟：

3、s0設定目標校正子級，所述目標校正子級包括流水線模數轉換器的前兩級流水線子級；

4、s1在每個所述目標校正子級內部的flashadc和dac陣列之間嵌入基于樹型譯碼器的隨機匹配模塊，使當前流水線子級輸出的數字碼與采樣電容隨機匹配；

5、s2構建增益誤差校準模塊來根據各個所述目標校正子級的后級量化輸出resbackend進行該級別的增益誤差校準，得到對應級別的量化輸出resbkcal；

6、s3構建失配噪聲消除模塊來分別對所述量化輸出resbkcal進行失配噪聲消除，并將得到的量化輸出resbkcal&mnc與增益誤差校準后的對應所述目標校正子級輸出的數字碼相加。

7、進一步的，所述隨機匹配模塊包括：

8、prbs模塊，用于生成偽隨機信號，所述偽隨機信號的前兩個比特分別接入所述dac陣列中相應的高精度dac進行處理后獲得增益誤差校準信號；

9、樹型譯碼器模塊，包括多個層級判決器，用于利用所述偽隨機信號的除前兩個比特外的全部比特對所述數字碼進行多級調制，生成的調制隨機信號的每個比特均接入所述dac陣列中相應的低精度dac進行處理。

10、進一步的，所述樹型譯碼器模塊為以層級判決器為節點的多級樹形結構，該多級樹形結構中的每個母節點均具有兩個子節點，且每個子節點輸入的數字碼均為其母節點輸出的數字碼，每個子節點輸入的偽隨機信號為不相關的不同比特。

11、進一步的，所述層級判決器用于：

12、對輸入數字碼xk,r進行奇偶判斷；

13、利用1bit偽隨機信號對奇偶判斷的結果進行調制后輸出調制隨機信號sk,r；

14、利用輸入數字碼xk,r和調制隨機信號sk,r生成當前所述層級判決器的輸出為

15、

16、其中，k為當前所述層級判決器在樹形結構中的層級，r為當前所述層級判決器在層級k中的排序。

17、進一步的，所述目標校正子級為9-level結構的流水線子級，所述樹型譯碼器模塊為三級樹形結構。

18、進一步的，所述對所述量化輸出resbkcal進行失配噪聲消除，包括：

19、對所述量化輸出resbkcal與任意所述調制隨機信號sk,r的乘積進行平滑處理，進而根據處理后的結果估算出對應的電容失配系數δs,r；

20、獲取全部所述調制隨機信號sk,r對應的電容失配系數δs,r，計算獲得電容失配誤差edac1＝∑δs,r×sk,r；

21、將所述電容失配誤差edac1與所述量化輸出resbkcal相加得到所述量化輸出resbkcal&mnc。

22、進一步的，所述平滑處理是通過采用指數滑動平均、簡單滑動平均、以及加權移動平均中的一種來實現的。

23、進一步的，所述增益誤差校準模塊的硬件邏輯表示為：

24、后級量化輸出resbkcal＝后級量化輸出resbackend×w+增益誤差校準信號pn其中，w為增益誤差校準系數。

25、進一步的，所述增益誤差校準系數w基于以下準則更新w[n+1]＝w[n]+μvs×增益誤差校準信號pn[后級量化輸出resbackend-增益誤差校準信號pn]其中，μvs收斂系數。

26、進一步的，所述收斂系數μvs通過以下方法設置：

27、開始時設置為大步長；

28、當所述增益誤差校準系數w收斂到穩態值附近時，設置為小步長。

29、有益效果

30、由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本發明通過采用偽隨機序列控制的樹形譯碼結構將未知的電容失配系數轉化為可計算的常數，失配噪聲消除模塊利用指數滑動平均能夠有效節約硬件資源，計算成本低；本發明克服了對采樣電容采用動態元素匹配技術后，導致和輸入信號相關的諧波被打散到噪底中使得信噪比降低的缺點，能夠同時提高信噪比和無雜散動態范圍；本發明在進行失配噪聲消除之前，先進行增益誤差校準，提高了送入到噪聲消除模塊中的數據精度，且增益誤差校準模塊采用變步長控制系數，能夠同時兼顧增益誤差的收斂精度和速度。

技術特征：

1.一種流水線模數轉換器校正方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的校正方法，其特征在于，所述隨機匹配模塊包括：

3.根據權利要求2所述的校正方法，其特征在于，所述樹型譯碼器模塊為以層級判決器為節點的多級樹形結構，該多級樹形結構中的每個母節點均具有兩個子節點，且每個子節點輸入的數字碼均為其母節點輸出的數字碼，每個子節點輸入的偽隨機信號為不相關的不同比特。

4.根據權利要求3所述的校正方法，其特征在于，所述層級判決器用于：

5.根據權利要求4所述的校正方法，其特征在于，所述目標校正子級為9-level結構的流水線子級，所述樹型譯碼器模塊為三級樹形結構。

6.根據權利要求4所述的校正方法，其特征在于，所述對所述量化輸出resbkcal進行失配噪聲消除，包括：

7.根據權利要求6所述的校正方法，其特征在于，所述平滑處理是通過采用指數滑動平均、簡單滑動平均、以及加權移動平均中的一種來實現的。

8.根據權利要求1所述的校正方法，其特征在于，所述增益誤差校準模塊的硬件邏輯表示為

9.根據權利要求8所述的校正方法，其特征在于，所述增益誤差校準系數w基于以下準則更新

10.根據權利要求9所述的校正方法，其特征在于，所述收斂系數μvs通過以下方法設置：開始時設置為大步長；

技術總結
本發明涉及一種流水線模數轉換器校正方法，包括以下步驟：S0設定目標校正子級，所述目標校正子級包括流水線模數轉換器的前兩級流水線子級；S1在每個所述目標校正子級內部的Flash?ADC和DAC陣列之間嵌入基于樹型譯碼器的隨機匹配模塊，使當前流水線子級輸出的數字碼與采樣電容隨機匹配；S2構建增益誤差校準模塊來根據各個所述目標校正子級的后級量化輸出進行該級別的增益誤差校準，得到對應級別的量化輸出；S3構建失配噪聲消除模塊來分別對所述量化輸出進行失配噪聲消除，并將得到的量化輸出與增益誤差校準后的對應所述目標校正子級輸出的數字碼相加。本發明能夠同時提高流水線模數轉換器的信噪比和無雜散動態范圍。

技術研發人員：趙正亮,董業民,畢大煒
受保護的技術使用者：中國科學院上海微系統與信息技術研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28