CN201577084U

CN201577084U - 校准模数转换器的增益误差和输入失调的装置

Info

Publication number: CN201577084U
Application number: CN2009202134927U
Authority: CN
Inventors: 王睿; 倪文海
Original assignee: CANAANTEK Corp Ltd
Current assignee: CANAANTEK Corp Ltd
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2019-12-22

Abstract

一种校准模数转换器的增益误差和输入失调的装置，该装置包含校准控制电路，其分别连接模数转换器的输入端、输出端和参考电压输入端，该校准控制电路增加三个输入端口(V_in＝+V_full/2、V_in＝-V_full/2和V_in＝0)，利用开关控制输入端口的转换，还增加参考电压V_DAC，在增益误差校准后，得到新的参考电压V_REF+V_DAC，使用增益误差校准后的参考电压V_REF+V_DAC，计算得到模数转换器的输入失调D_offset的值，从模数转换器的输出D_out中减掉D_offset，即得到输入失调校准后的值。本实用新型通过校准使模数转换器的增益误差和输入失调非常小，满足高精度场合的应用需要。

Description

校准模数转换器的增益误差和输入失调的装置

技术领域

本实用新型涉及电路设计领域中的一种校准模数转换器的增益误差和输入失调的装置。

背景技术

理想情况下，M位(M-bit)的模数转换器ADC11应当是零输入对应于零输出，满幅输入对应于满幅输出(可以看成增益gain＝1)的转换器。但是实际电路中会存在输入失调和增益误差。输入失调即是说ADC的零输入并不会对应于零输出，只有在输入是V_offset的情况下才会有零输出，这就相当于输入有了一个固定的输入失调V_offset。而增益误差是指满幅输入对应的并不是满幅输出，满幅输入可能会导致输出溢出或者无法达到最大输出，看起来就像存在增益误差(gain error)，使得模拟信号被放大gain+gain error(G+GE)倍以后才被量化，如图1所示。一般情况下，对ADC的输入失调和增益误差要求并不高，但是在高精度应用场合中，需要ADC的失调和增益误差非常小。例如，LTC2204[1]的失调只有±1mV，在外部输入精确参考电压源V_REF时，增益误差是0.2％。高精度应用场合需要ADC的增益误差和输入失调非常小，由于未校准的ADC的输入失调和增益误差主要受工艺失配参数所限制而无法减小，这时就需要进行额外的校准。

实用新型内容

本实用新型提供的一种校准模数转换器的增益误差和输入失调的装置，使得在工艺失配的前提下电路仍然可以满足设计要求。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种校准模数转换器的增益误差和输入失调的装置，该装置包含校准控制电路，其分别连接模数转换器的输入端、输出端和参考电压输入端；

该校准控制电路增加三个输入端口，分别为V_in＝+V_full/2(V_full表示最大输入幅值)、V_in＝-V_full/2和V_in＝0，利用开关控制输入端口的转换；

该校准控制电路增加参考电压V_DAC，校准控制电路不断调整和计算参考电压V_DAC的最佳取值，从而来修改原参考电压V_REF，在增益误差校准后，得到新的参考电压V_REF+V_DAC；

该校准控制电路使用增益误差校准后的V_REF+V_DAC作为参考电压，计算得到模数转换器的输入失调D_offset的值，从模数转换器的输出D_out中减掉D_offset，即得到输入失调校准后的值。

本实用新型通过校准使模数转换器的增益误差和输入失调非常小，满足高精度场合的应用需要。

附图说明

图1是背景技术中模数转换器的示意图；

图2是本实用新型提供的一种校准模数转换器的增益误差和输入失调的装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中校准前增益误差的值；

图4是本实用新型实施例中校准后增益误差的值；

图5是本实用新型实施例中校准前输入失调的值；

图6是本实用新型实施例中校准后输入失调的值。

具体实施方式

以下根据图2，具体说明本实用新型的较佳实施例：

如图2所示，为一种校准模数转换器的增益误差和输入失调的装置，该装置包含校准控制电路101，其分别连接M位的模数转换器22的输入端、输出端和参考电压输入端；本实施例中，该校准控制电路101采用有限状态机FSM；

该校准控制电路101增加三个输入端口，分别为V_in＝+V_full/2、V_in＝-V_full/2和V_in＝0，利用开关控制输入端口的转换；

该校准控制电路101增加N位参考电压V_DAC，校准控制电路101不断调整和计算参考电压V_DAC的最佳取值，从而来修改原参考电压V_REF，在增益误差校准后，得到新的参考电压V_REF+V_DAC；

该校准控制电路101使用增益误差校准后的V_REF+V_DAC作为参考电压，计算得到模数转换器的输入失调D_offset的值，从模数转换器的输出D_out中减掉D_offset，即得到输入失调校准后的值。

本装置的校准过程如下：

步骤1、估算最大可能的增益误差GE_max和最小允许的增益误差GE_allowed；

步骤2、计算需要的校准次数N＝{log₂(GE_max/GE_allowed)}，其中，{m}表示不小于m的最小整数；

步骤3、增设参考电压V_DAC，该参考电压V_DAC为N位，满幅度输出是±V_REF*GE_max，最小分辨率(1LSB)是V_REF*GE_max/2^N-1；

步骤4、令参考电压输出bit_DAC＝2^N-1，time＝1；

步骤5、令输入值V_in＝+V_full/2，(V_full为最大输入幅值)，得到输出测量值D_out＝D1，如果噪声比较大可以求多次输出的平均；

步骤6、令输入值V_in＝-V_full/2，得到输出测量值D_out＝D2，如果噪声比较大可以求多次输出的平均；

步骤7、令步长bit_step＝2^N-1-time；

步骤8、判断D1-D2≥2^M-1(M是模数转换器的位数)是否成立，若是，则令bit_DAC＝bit_DAC+bit_step，若否，则令bit_DAC＝bit_DAC-bit_step；这也将模数转换器的参考电压变成V_REF+V_DAC＝V_REF*(1+GE_max/2)，或者V_REF+V_DAC＝V_REF*(1-GE_max/2)；

步骤9、判断time≥N-1是否成立，若是，进行步骤11，若否，进行步骤10；

步骤10、令time＝time+1，进行步骤5；

步骤11、令输入值V_in＝+V_full/2，得到输出测量值D_out＝D1；

步骤12、令输入值V_in＝-V_full/2，得到输出测量值D_out＝D2；

步骤13、判断D1-D2≥2^M-1是否成立，若是，结束增益误差校准，进行步骤14，若否，则令bit_DAC＝bit_DAC-1，结束增益误差校准，进行步骤14；

步骤14、使用增益误差校准后的V_REF+V_DAC作为参考电压，令模数转换器的输入值V_in＝0，得到输出测量值D_out＝D；

步骤15、令D_offset＝D-2^M-1；

因为输出是自然二进制码，所以模数转换器的零输入对应的码值是2^M-1，将D-2^M-1作为输入失调D_offset的值；

步骤16、令D_out＝D_out-D_offset；

从模数转换器的输出值中减掉D_offset，即为校准输入失调后的输出值。

对5000个模数转换器作为例子，仿真本实用新型提供的校准装置的效果。如图3所示，这些模数转换器在校准之前的增益误差是2％(3σ)，如图5所示，校准之前的输入失调是10mV(3σ)。目标是校准之后增益误差小于0.1％，输入失调小于1mV。将最大可能增益误差设为±3％，即DAC满幅输出设为±3％*V_REF，可以算得bit_DAC＝6。

进行校准后，如图4所示，这些模数转换器的增益误差控制在0.1％以内；如图6所示，输入失调可以达到理论上的零值。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种校准模数转换器的增益误差和输入失调的装置，其特征在于，该装置包含校准控制电路(101)，其分别连接模数转换器(22)的输入端、输出端和参考电压输入端；

该校准控制电路(101)增加三个输入端口，分别为V_in＝+V_full/2、V_in＝-V_full/2和V_in＝0，V_full表示最大输入幅值，利用开关控制输入端口的转换；

该校准控制电路(101)增加参考电压V_DAC，校准控制电路(101)不断调整和计算参考电压V_DAC的最佳取值，从而来修改原参考电压V_REF，在增益误差校准后，得到新的参考电压V_REF+V_DAC；

该校准控制电路(101)使用增益误差校准后的V_REF+V_DAC作为参考电压，计算得到模数转换器的输入失调D_offset的值，从模数转换器的输出D_out中减掉D_offset，即得到输入失调校准后的值。