模数转换电路校准方法与系统与流程

1.本技术涉及模数转换电路技术领域，特别是涉及一种模数转换电路校准方法与系统。


背景技术：

2.模数转换器(adc)用于将模拟信号转换成数字信号，其广泛运用于无线通信、高端测试设备、图像语音处理等领域。随着先进工艺和设计技术的发展、以及应用场景的扩展，对高速度、高精度adc的需求日益显著。而流水线adc在速度和精度之间能够达到较好的折中。然而，高精度流水线adc的采样电容之间以及采样电容和反馈电容之间的失配会导致流水线中子数模转换器(sdac)的dac误差和乘法数模转换器(mdac)的级间增益误差，从而导致adc的输出码元实际权重和理想权重不同，导致量化误差的产生，影响adc的动态和静态性能。
3.目前相关技术中，对于流水线模数转换器的电容失配误差校准算法主要有两种，分别为前台校准和后台校准。后台校准常见问题有校准效果依赖统计量，收敛速度慢甚至误收敛，以及计算复杂度高，代价较高等，另外后台校准大多限制了输入信号的动态范围，且需要额外的伪随机码生成器和注入电路，有额外功耗。现有前台校准方法只能针对级间增益误差或电容失配误差的其中一种进行校准，或者在校准时需要复杂的前台校准电路以及多个单独测试用的模拟信号，流程较为复杂，计算量较大，因而校准效率较低。
4.目前，针对相关技术中，流水线模数转换器的电容校准效率较低的问题，尚未提出有效的解决办法。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高流水线模数转换器的电容校准效率的模数转换电路校准方法与系统。
6.第一方面，本技术提供了一种模数转换电路校准方法。所述方法包括：
7.对所述子模数转换器与所述乘法数模转换器进行配置，使得所述乘法数模转换器的传输曲线平移，且所述模数转换模块的输入为第一输入值时，所述乘法数模转换器输出的信号幅值接近所述传输曲线中的最大幅值；
8.在所述模数转换模块的输入为所述第一输入值的情况下，改变所述子模数转换器的输出，并根据不同所述子模数转换器输出下所述乘法数模转换器的输出值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差，其中，n为选取的所述待校准电容在对应的所述子模数转换器中的排列序号；
9.根据所述权重误差，对所述模数转换模块的输出进行校准。
10.在其中一个实施例中，改变所述子模数转换器的输出包括：
11.对所述子模数转换器进行置位，使得所述子模数转换器的输出分别为第一输出值与第二输出值，其中，所述第一输出值的低n-1位为第一预设值，其余位为第二预设值；所述
第二输出值的低n位为所述第一预设值，其余位为所述第二预设值。
12.在其中一个实施例中，计算对应的第n个待校准电容的权重误差包括：
13.获取所述第一输出值对应的所述乘法数模转换器输出的第一电压值，以及所述第二输出值对应的所述乘法数模转换器输出的第二电压值。
14.根据所述第一电压值与所述第二电压值，计算对应的第n个待校准电容的所述权重误差。
15.在其中一个实施例中，计算对应的第n个待校准电容的权重误差还包括：
16.求取所述第一电压值与所述第二电压值的差值。
17.根据所述差值，计算所述第n个待校准电容的实际权重。
18.根据所述第n个待校准电容的所述实际权重与理想权重，计算所述第n个待校准电容的所述权重误差。
19.在其中一个实施例中，在计算对应的第n个待校准电容的权重误差之后，所述方法还包括：
20.对所述子模数转换器进行置位，使所述子模数转换器的输出为第三输出值，其中所述第三输出值的低n-1位与第n+m位为所述第一预设值，其余位为所述第二预设值。
21.获取所述第三输出值对应的所述乘法数模转换器输出的第三电压值。
22.根据所述第三电压值与所述第一电压值，计算对应的第n+m个待校准电容的所述权重误差。
23.在其中一个实施例中，在计算对应的第n个待校准电容的权重误差之后，所述方法还包括：
24.对所述子模数转换器进行置位，使所述子模数转换器的输出为第四输出值，其中所述第四输出值的低n位中除第n-t位外其余位均为所述第一预设值，第n-t位与除低n位外所有位均为所述第二预设值；。
25.获取所述第四输出值对应的所述乘法数模转换器输出的第四电压值。
26.根据所述第四电压值与所述第二电压值，计算对应的第n-t个待校准电容的所述权重误差。
27.在其中一个实施例中，根据所述权重误差，对所述模数转换电路的输出进行校准包括：
28.根据所述权重误差与所述子模数转换器的输出，选取不同的所述待校准电容的所述权重误差，对所述模数转换模块的输出权重进行更新，根据更新后的所述输出权重，对所述模数转换电路的输出进行校准。
29.在其中一个实施例中，对所述模数转换模块的输出权重进行更新包括：
30.获取所述子模数转换器的输出a。
31.当所述子模数转换器的输出a小于所述模数转换电路位数的一半b时，利用第a+1至第b-a-1个所述待校准电容的所述权重误差，对所述模数转换模块的输出权重进行更新。
32.当所述模数转换器的输出a大于所述模数转换电路位数的一半b时，利用第a至第b个所述待校准电容的所述权重误差，对所述模数转换模块的输出权重进行更新。
33.第二方面，本技术还提供了一种模数转换电路校准系统。所述系统包括：待校准模数转换电路、短接开关、置位控制电路以及处理电路；其中，
34.所述待校准模数转换电路，包括子模数转换器与乘法数模转换器；
35.所述短接开关，用于将所述待校准模数转换电路的输入设置为第一输入值；
36.所述置位控制电路，用于改变所述子模数转换器的输出；
37.所述处理电路，用于根据不同所述子模数转换器输出下所述乘法数模转换器的输出值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差，根据所述权重误差，对所述待校准模数转换电路的输出进行校准。
38.在其中一个实施例中，所述待校准模数转换电路还包括：校准电容；所述校准电容与所述乘法数模转换器的中间节点相连，用于将所述乘法数模转换器被配置为，当所述待校准模数转换电路的输入为所述第一输入值时，所述乘法数模转换器的输出的信号幅值最大。
39.上述模数转换电路校准方法与系统，通过对模数转换电路中的若干级联的模数转换模块的乘法数模转换器进行配置，使得模数转换模块的输入为第一输入值时，乘法数模转换器输出的信号幅值最大。在模数转换模块的输入为第一输入值的情况下，改变子模数转换器的输出，并根据不同子模数转换器输出下乘法数模转换器的输出值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差。根据权重误差，对模数转换模块的输出进行校准。从而无需额外的信号发生器输入多个不同幅值的电压信号，只需对子模数转换器进行置位，即可完成对流水线模数转换电路电容的校准，简化了电路结构，提高了校准效率。
附图说明
40.图1为一个实施例中流水线模数转换电路中的误差示意图；
41.图2为一个实施例中流水线模数转换电路中的误差影响图；
42.图3为一个实施例中模数转换电路校准方法的流程图；
43.图4为一个实施例中流水线模数转换电路的架构示意图；
44.图5为一个实施例中模数转换模块的电路结构图；
45.图6为现有技术中的前台校准方法示意图；
46.图7为一个实施例中模数转换电路电容失配误差的示意图；
47.图8为一个实施例中模数转换电路级间增益误差的示意图；
48.图9为一个实施例中模数转换电路传输曲线左移的示意图；
49.图10为一个实施例中模数转换电路校准方法的电路结构图；
50.图11为一个实施例中模数转换电路的各级校准流程图；
51.图12为一个实施例中模数转换电路校准系统的结构图。
具体实施方式
52.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
53.在流水线模数转换电路中，可能存在两种误差。图1为流水线模数转换电路中的误差示意图，如图1所示，失配误差会导致传输曲线的上下平移，而级间增益误差则会导致传输曲线的斜率改变。两者共同作用于模数转换电路中，造成的影响如图2所示。其中虚线代
表理想曲线，实线代表两种误差作用下的曲线。
54.在一个实施例中，如图3所示，提供了一种模数转换电路校准方法，模数转换电路包括若干级联的模数转换模块，模数转换模块包括模数转换器和乘法数模转换器，该方法包括以下步骤：
55.步骤s302，对子模数转换器与乘法数模转换器进行配置，使得乘法数模转换器的传输曲线平移，且模数转换模块的输入为第一输入值时，乘法数模转换器输出的信号幅值接近传输曲线中的最大幅值。
56.其中，图4为流水线模数转换电路的架构示意图，如图4所示，输入信号vin经过采样保持电路(s/h)(也可不经过s/h)后传递至第一级模数转换模块stg1，后依次经过各级模数转换模块stg2-stgk，以及最后一级闪存(flash)模数转换模块，在经过每级模数转换模块时以热码形式输出该级子模数转换器的量化结果dstagei_h(i＝1,2,
……
，k+1，k表示模数转换模块stg2-stgk的最大级数)，转换成十进制形式的dstagei_d，加权相加后输出至数字输出端dout，得到最终的量化结果。各模数转换模块有效位相加等于该流水线模数转换电路的分辨率(精度)。每个模数转换模块内部，由子模数转换器，乘法数模转换器和增益级等组成。以模数转换模块stg1为例，子模数转换器将该级输入信号vin,1进行粗量化，得到量化结果dstage1_h传递至数字端，且控制乘法数模转换器，输入信号与乘法数模转换器得到的电压做差后产生的残差电压经过增益级gk放大后传递至下一级输入vin,2。
57.图5为模数转换模块的电路结构图，如图5所示，该模数转换模块的效位为3bit，冗余位1bit，采样电容为cs0，cs1，
……
，cs15，采样电容总容值为cs＝cs0+cs1+
……
+cs15，反馈电容为cf，该级模数转换模块的理想单位采样电容值为cu，理想情况下，级间增益gk＝cs/cf，cs0＝cs1＝
……
＝cs15＝cu，cf＝2*cu,gk＝cs/cf＝16*cu/2*cu＝8。
58.此时，对该模数转换模块进行校准，图6为现有技术中的前台校准方法示意图，如图6所示，以n＝16，m＝3，k＝6，最后一级flashadc为2位为例，其中，n为adc的精度，m为第一级模数转换模块的精度，k为包含乘法数模转换器的模数转换模块的级数，由于最后一级的flashadc并不存在乘法数模转换器，因此本技术实施例不对最后一级的flashadc进行校准。由于模数转换模块存在电容失配误差(如图7所示)和级间增益误差(如图8所示)，需要对其进行校准，而校准时需要输入不同的模拟信号。例如，若需要对图7与图8中的a段对应的电容cs0进行校准，则需要输入幅度为-15/16*vref的模拟信号，sadc(子模数转换器)的输出d_sadc分别为0和1(对应热码则分别为00000000000000000和00000000000000001)，如此一来才能够对得到的输出值做差，进而完成对待校准电容cs0的校准。这样需要额外的信号发生器，电路结构较复杂，以图6为例，若需要校准模数转换模块stg1的16个电容，则需要16个不同幅度的输入信号。因此，该方法校准难度较大，校准效率较低。
59.本技术实施例则采用输入为第一输入值时对模数转换模块进行校准的方法，其中第一输入值为一直流信号，该直流信号的电压变化波动较小，在模数转换模块的输入为第一输入值时，乘法数模转换器输出的信号幅值接近传输曲线中的最大幅值，具体地，输出的信号幅值波动为最大幅值的
±
10％即可视为接近最大幅值。本实施例中，第一输入值取电压为0的直流输入信号。实际校准过程中，第一输入值的电压幅值并不固定，只要满足电压基本无波动即可。电压信号发生改变时，对于乘法数模转换器的传输曲线的平移距离也发生改变，与之对应的，校准时子模数转换器预设的各个输出值也会改变。如图8所示，当传输
曲线左移1/16*vref的距离后，在输入信号幅度为0时正好在传输曲线转折点(图6,7h段/i段)附近。即输入信号幅度为0时，输出为h段的正最大电压幅值与i段的负最大电压幅值。
60.步骤s304，在模数转换模块的输入为第一输入值的情况下，改变子模数转换器的输出，并根据不同子模数转换器输出下乘法数模转换器的输出值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差，其中，n为选取的待校准电容在对应的子模数转换器中的排列序号。
61.其中，如图5所示，当输入信号的幅度为第一输入值时，若模数转换电路输入端的模拟信号以满量程幅度输入，则模数转换模块stg1将最多生成2^(m+1)+1个热码dstage1_h，依次为00
……
00，00
……
01，00
……
11，
……
，01
……
11，11
……
11，对应十进制码dstage1_d则依次为0，1，2，
……
，16。在计算量化结果时，stg1的计算权重设为w1，后级权重为wi(1《i≤k)，则流水线模数转换电路的输出量化码为：
62.dout_adc＝dstage1_d*w1+dstage2_d*w2+
…
+dstagei_d*wi+
…
+dstagek_d*wk+dstagek+1_d。
63.由于存在失配误差与增益误差，因此，权重系数w1至wi并不准确，需要根据实际误差进行调整。选取第n个待校准电容，其中n为n为选取的所述待校准电容在对应的所述子模数转换器中的排列序号，n的取值范围为1至子模数转换器中的待校准电容数量。对第n个校准电容对应的权重系数进行校准。由于本技术实施例中，如图9所示，传输曲线左移，使得输入为0时，输出为最大电压幅值。因此，将模数转换模块的输入设置为第一输入值，改变子模数转换器的输出。由于需要校准第n个待校准电容，因此需要保证在不同子模数转换器的输出下，对应的乘法数模转换器的输出中，除待校准电容外，其余电容对应的值均可以通过做差或其他方法消去。如此一来，才能够得到只包含待校准电容的结果。
64.步骤s306，根据权重误差，对模数转换模块的输出进行校准。
65.其中，在得到了只包含待校准电容的输出结果后，将实际的输出结果与理想的输出结果进行对比，将对比结果更新至模数转换模块输出的权重系数中，即可完成对于该待校准电容的校准。
66.本实施例中，通过对模数转换电路中的若干级联的模数转换模块的乘法数模转换器进行配置，使得模数转换模块的输入为0时，乘法数模转换器输出的信号幅值最大。在模数转换模块的输入为0的情况下，改变子模数转换器的输出，并根据不同子模数转换器输出下乘法数模转换器的输出值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差。根据权重误差，对模数转换模块的输出进行校准。从而无需额外的信号发生器输入多个不同幅值的电压信号，只需对子模数转换器进行置位，即可完成对流水线模数转换电路电容的校准，简化了电路结构，提高了校准效率。
67.在一个实施例中，改变子模数转换器的输出包括：对子模数转换器进行置位，使得子模数转换器的输出分别为第一输出值与第二输出值，其中，第一输出值的低n-1位为第一预设值，其余位为第二预设值；第二输出值的低n位为第一预设值，其余位为第二预设值。
68.其中，由于需要保证除待校准电容外，其余电容对应的值均可以通过做差或其他方法消去，因此，需要对子模数转换器进行两次置位，通过两次置位后输出结果做差的方法得到只包含第n个待校准电容的结果。其中，第一预设值与第二预设值可以根据实际采用的校准方法进行改变。当第一预设值为1，第二预设值为0时，在第一次置位时，令子模数转换器的第一输出值的低n-1位为第一预设值(即1)，其余位为第二预设值(即0)，此时，第一输
出值下，输出结果中前n-1个电容上输出均为正电压，其余均为负电压。在第二次置位时，令子模数转换器的第二输出值的低n位为第一预设值(即1)，其余位为第二预设值(即0)，此时，第二输出值下，输出结果中前n个电容上输出均为正电压，其余均为负电压。当第一预设值为0，第二预设值为1时，在第一次置位时，令子模数转换器的第一输出值的低n-1位为第一预设值(即0)，其余位为第二预设值(即1)，此时，第一输出值下，输出结果中前n-1个电容上输出均为负电压，其余均为正电压。在第二次置位时，令子模数转换器的第二输出值的低n位为第一预设值(即0)，其余位为第二预设值(即1)，此时，第二输出值下，输出结果中前n个电容上输出均为负电压，其余均为正电压。不难看出，无论采用从0到1还是从1到0的校准方法，将两者做差，均可得到只包含第n个待校准电容的输出结果。由于模数转换模块实际工作时，一般不会出现高位为1，低位为0的情况，所以本技术实施例采用第一预设值为1，第二预设值为0的方法进行校准。
69.本实施例中，通过在不增加任何外部信号发生器的情况下，只通过置位子模数转换器，即可实现对其余电容上电压值的消去，进而求得待校准电容的实际权重，提高了校准效率，降低了校准成本。
70.在一个实施例中，计算对应的第n个待校准电容的权重误差包括：获取第一输出值对应的乘法数模转换器输出的第一电压值，以及第二输出值对应的乘法数模转换器输出的第二电压值。根据第一电压值与第二电压值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差。
71.其中，将第一电压值与第二电压值做差，由于理想情况下，第一电压值应为vref/2，第二电压值应为-vref/2，其中vref为参考电压。因此，做差后得到的结果等于参考电压值，即理想中的权重系数。
72.具体地，图10为本技术实施例的模数转换电路校准方法的电路结构图，如图10所示，以校准电容cs8为例，使输入端输入幅度为0，将子模数转换器的输出置为第一输出值8(即0000000011111111)，乘法数模转换器输出电压幅度为：
[0073][0074]
理想情况下，此式等于vref/2。该电压经过后级13-bit模数转换模块量化后计算为d1_code(1)。
[0075]
接着，将子模数转换器的输出置为第二输出值9(即0000000111111111)，乘法数模转换器输出电压幅度为：
[0076][0077]
理想情况下，此式等于-vref/2。该电压经过后级13-bit模数转换模块量化后计算为d1_code(2)。
[0078]
将两者做差，由于除cs8外，其余电容均消去，所以：
[0079][0080]
而由于理想值与实际值之间存在误差，则cs8上的误差为：
[0081]
d1_err8＝4096-d1_res8
[0082]
如此一来，便可求得cs8对应的权重误差。
[0083]
本实施例中，只需要两次置位子模数转换器，即可完成对对应位数上电容的误差
的求取，无需额外的信号发生器分别输入不同的信号，简化了电路结构，提高了校准效率。
[0084]
在一个实施例中，计算对应的第n个待校准电容的权重误差还包括：求取第一电压值与第二电压值的差值。根据差值，计算第n个待校准电容的实际权重。根据第n个待校准电容的实际权重与理想权重，计算第n个待校准电容的权重误差。
[0085]
其中，由于第一电压值与第二电压值中，除含有待测电容的一项外，其余各项均相同。因此，可以通过做差消除其他电容的影响，进而得到只包含待测电容的电压结果。理想情况下，第一电压值应为+vref/2，第二电压值应为-vref/2，故而差值应为vref。而实际上，由于失配误差与增益误差的存在，实际得到的差值并不等于理想值。因此，将实际得到的电压值(即实际权重)与理想权重进行比较，得到权重误差。
[0086]
具体地，以对cs8的校准为例，在求得第一电压值与第二电压值后，将两者做差，由于除cs8外，其余电容均消去，所以：
[0087][0088]
而由于理想值与实际值之间存在误差，则cs8上的误差为：
[0089]
d1_err8＝4096-d1_res8
[0090]
如此一来，便可求得cs8对应的权重误差。
[0091]
本实施例中，由于求得的权重误差是由第n-1位的最大转折点和第n位的最小转折点共同计算得到的，其不仅包括针对上下平移的失配误差，也包括斜率该表的增益误差，因此，本技术的校准方法，可以实现两种误差的同时校准，校准效率较高。
[0092]
在一个实施例中，在计算对应的第n个待校准电容的权重误差之后，方法还包括：对子模数转换器进行置位，使子模数转换器的输出为第三输出值，其中第三输出值的低n-1位与第n+m位为第一预设值，其余位为第二预设值。获取第三输出值对应的乘法数模转换器输出的第三电压值。根据第三电压值与第一电压值，计算对应的第n+m个待校准电容的权重误差。
[0093]
其中，m表示此时待校准的电容相比于前序步骤中，已校准完成的第n个电容，增加的位数m，n+m表示在选取的待校准电容对应的级数n的基础上，高于第n级m位的级数n+m的模数转换模块中的待校准电容，n+m的取值范围不超过模数转换模块的最高级数。在校准其余电容时，可以复用之前的校准数据。在校准第n+m个电容时，只需对子模数转换器进行一次置位，即可完成校准。由于在先前的校准过程中，已经获取了在第一输出值的低n-1位为第一预设值，其余位为第二预设值时对应的第一电压值，因此，如若要消去其余电容的电压项，只保留第n+m个待校准电容的电压项，可以将子模数转换器置为第三输出值，即低n-1位与第n+m位为第一预设值，其余位为第二预设值。如此一来，通过做差，可以实现仅对第n+m个待校准电容电压项的保留。
[0094]
具体地，以校准cs9为例，将子模数转换器的输出置为0000001011111111，此时乘法数模转换器输出的第三电压值为：
[0095][0096]
理想情况下此式也等于-vref/2，此电压经过后级13-bitadc量化后计算为d1_code(2)。将d1_code(2)与d1_code(1)做差，得到实际权重为：
[0097][0098]
将其与理想权重比较，得到权重误差为：d1_err9＝4096-d1_res9。将权重误差更新至输出权重中，即可完成cs9的校准。
[0099]
以校准cs10为例，将子模数转换器的输出置为0000010011111111，此时乘法数模转换器输出的第三电压值为：
[0100][0101]
理想情况下此式也等于-vref/2，此电压经过后级13-bitadc量化后计算为d1_code(2)。将d1_code(2)与d1_code(1)做差，得到实际权重为：
[0102][0103]
将其与理想权重比较，得到权重误差为：d1_err10＝4096-d1_res10。将权重误差更新至输出权重中，即可完成cs9的校准。
[0104]
按照上述步骤，依次类推即可校准cs11-cs15。计算d1_err9-d1_err15时，d1_code(1)的值可复用计算d1_err8时的值，无需重复计算和存储，且在分别计算得到d1_err8-d1_err15后，可对应清空d1_res的存储空间，而因为电容失配误差通常不大，所以d1_err的值较小，所需存储空间较小，相较于直接存储d1_res的方法，大大节省了存储空间，节省了硬件开销。
[0105]
本实施例中，计算高位电容的权重误差时，由于可以复用前面的数据，因此只需要置位一次子模数转换器，得到第三输出值对应的第三电压值，即可完成对待校准电容的校准，提高了数据的复用性与校准的效率，降低了校准成本。
[0106]
在一个实施例中，在计算对应的第n个待校准电容的权重误差之后，方法还包括：对子模数转换器进行置位，使子模数转换器的输出为第四输出值，其中第四输出值的低n位中除第n-t位外其余位均为第一预设值，第n-t位与除低n位外所有位均为第二预设值；获取第四输出值对应的乘法数模转换器输出的第四电压值；根据第四电压值与第二电压值，计算对应的第n-t个待校准电容的权重误差。
[0107]
其中，t表示此时待校准的电容相比于前序步骤中，已校准完成的第n个电容，增加的位数t，n-t表示在选取的待校准电容对应的级数n的基础上，低于第n级t位的级数n-t的模数转换模块中的待校准电容，n-t的取值范围不小于1。在校准其余电容时，可以复用之前的校准数据。在校准第n-t个电容时，只需对子模数转换器进行一次置位，即可完成校准。由于在先前的校准过程中，已经获取了在第二输出值的低n位为第一预设值，其余位为第二预设值时对应的第二电压值，因此，如若要消去其余电容的电压项，只保留第n-t个待校准电容的电压项，可以将子模数转换器置为第四输出值，即低n位中除第n-t位外其余位均为第一预设值，第n-t位与除低n位外所有位均为第二预设值。如此一来，通过做差，可以实现仅对第n-t个待校准电容电压项的保留。
[0108]
具体地，以校准cs7为例，将子模数转换器的输出置为0000001011111111，此时乘法数模转换器输出的第三电压值为：
[0109][0110]
理想情况下此式等于vref/2，此电压经过后级13-bit adc量化后计算为d1_code
(2)。将d1_code(2)与d1_code(1)做差，得到实际权重为：
[0111][0112]
将其与理想权重比较，得到权重误差为：d1_err7＝4096-d1_res7。将权重误差更新至输出权重中，即可完成cs7的校准。
[0113]
下一步，校准cs6，将子模数转换器的输出置为000000110111111，此时乘法数模转换器输出的第四电压值为：
[0114][0115]
理想情况下此式等于vref/2，此电压经过后级13-bit adc量化后计算为d1_code(2)。将d1_code(2)与d1_code(1)做差，得到实际权重为：
[0116][0117]
将其与理想权重比较，得到权重误差为：d1_err6＝4096-d1_res6。将权重误差更新至输出权重中，即可完成cs6的校准。
[0118]
接下来，按照上述步骤依次类推即可校准cs5-cs0。计算d1_err0-d1_err6时，d1_code(1)的值可复用计算d1_err7时的值，无需重复计算和存储，且在分别计算得到d1_err7-d1_err0后，可对应清空d1_res的存储空间。
[0119]
本实施例中，计算低位电容的权重误差时，由于可以复用前面的数据，因此只需要置位一次子模数转换器，得到第四输出值对应的第四电压值，即可完成对待校准电容的校准，提高了数据的复用性与校准的效率，降低了校准成本。
[0120]
在一个实施例中，对模数转换模块的输出权重进行更新包括：
[0121]
获取子模数转换器的输出a；
[0122]
当子模数转换器的输出a小于模数转换模块最大输出值的一半b时，利用第a+1至第b-a-1个待校准电容的权重误差，对模数转换模块的输出权重进行更新；
[0123]
当子模数转换器的输出a大于模数转换模块最大输出值的一半b时，利用第a至第b个待校准电容的权重误差，对模数转换模块的输出权重进行更新。
[0124]
其中，子模数转换器的输出为十进制数，当子模数转换器的输出a小于模数转换模块的最大输出值b的一半时，模数转换模块的输出为子模数转换模块的输出值乘原权重系数，并与第a+1个至第b-a-1个待校准电容的权重误差相加。当子模数转换器的输出a大于模数转换模块的最大输出值b的一半时，模数转换模块的输出为子模数转换模块的输出值乘原权重系数，并与第a个至第b个待校准电容的权重误差相加。特别地，当子模数转换器的输出a等于模数转换模块的最大输出值b的一半时，可以看出，模数转换模块的输出值即为子模数转换模块的输出值乘原权重系数。
[0125]
具体地，以第一级模数转换模块为例，dstage1为第一级模数转换模块的输出，dstage1_d为子模数转换器的输出值，d1_erri为电容csi的权重误差。
[0126]
dstage1_d＝0时，
[0127]
dstage1＝dstage1_d*4096+d1_err0+d1_err1+d1_err2+d1_err3+d1_err4+d1_err5+d1_err6+d1_err7
[0128]
dstage1_d＝1时，
[0129]
dstage1＝dstage1_d*4096+d1_err1+d1_err2+d1_err3+d1_err4+d1_err5+d1_err6+d1_err7
[0130]
dstage1_d＝2时，
[0131]
dstage1＝dstage1_d*4096+d1_err2+d1_err3+d1_err4+d1_err5+d1_err6+d1_err7
[0132]
dstage1_d＝3时，
[0133]
dstage1＝dstage1_d*4096+d1_err3+d1_err4+d1_err5+d1_err6+d1_err7
[0134]
dstage1_d＝4时，
[0135]
dstage1＝dstage1_d*4096+d1_err4+d1_err5+d1_err6+d1_err7
[0136]
dstage1_d＝5时，
[0137]
dstage1＝dstage1_d*4096+d1_err5+d1_err6+d1_err7
[0138]
dstage1_d＝6时，
[0139]
dstage1＝dstage1_d*4096+d1_err6+d1_err7
[0140]
dstage1_d＝7时，
[0141]
dstage1＝dstage1_d*4096+d1_err7
[0142]
dstage1_d＝8时，
[0143]
dstage1＝dstage1_d*4096
[0144]
dstage1_d＝9时，
[0145]
dstage1＝dstage1_d*4096-d1_err8
[0146]
dstage1_d＝10时，
[0147]
dstage1＝dstage1_d*4096-d1_err8-d1_err9
[0148]
dstage1_d＝11时，
[0149]
dstage1＝dstage1_d*4096-d1_err8-d1_err9-d1_err10
[0150]
dstage1_d＝11时，
[0151]
dstage1＝dstage1_d*4096-d1_err8-d1_err9-d1_err10-d1_err11
[0152]
dstage1_d＝13时，
[0153]
dstage1＝dstage1_d*4096-d1_err8-d1_err9-d1_err10-d1_err11-d1_err11
[0154]
dstage1_d＝14时，
[0155]
dstage1＝dstage1_d*4096-d1_err8-d1_err9-d1_err10-d1_err11-d1_err11-d1_err13
[0156]
dstage1_d＝15时，
[0157]
dstage1＝dstage1_d*4096-d1_err8-d1_err9-d1_err10-d1_err11-d1_err11-d1_err13-d1_err14
[0158]
dstage1_d＝16时，
[0159]
dstage1＝dstage1_d*4096-d1_err8-d1_err9-d1_err10-d1_err11-d1_err11-d1_err13-d1_err14-d1_err15。
[0160]
本实施例中，通过对模数转换模块的输出权重进行更新，可以同时消除增益误差和失配误差，提高了校准的效率。
[0161]
对于不同级的模数转换模块，校准过程与第一级模数转换模块相似。具体地，图11为本技术实施例的模数转换电路的各级校准流程图，如图11所示，在校准时，将该级的有效位输入短接开关与校准使能开关打开，接入校准电容，子模数转换器进入置位工作模式。该级为m-bits，则i＝2^m，对该级的子模数转换器置位为第一输出值，计算第一电压值d_code(1)；对该级的子模数转换器置位为第二输出值，计算第一电压值d_code(2)，则最终实际的权重为：d_resi＝d_code(1)-d_code(2)，权重误差为理想权重w减实际权重d_resi，此时判断i与2^(m+1)-1的关系，当i小于或等于2^(m+1)-1时，继续重复上述步骤并继续向高位求取权重误差，当i大于2^(m+1)-1时，处理方法与上述步骤类似，由于正负电压相反，因此最终的实际权重为d_code(2)-d_code(1)，并继续向低位求取权重误差。当所有位的权重误差求取完成后，关断短接开关和校准使能开关，子模数转换器进行正常工作模式，将得到的各个位上的权重误差更新至存储器中。
[0162]
另外，本技术对于模数转换电路的级数和每级的有效位数不作限制，且对于模数转换电路的结构也不作限定，可以是单端，也可以是差分结构。从后往前校准的级数不作限制，如可以只校准前几级或者某几级。校准时可增加后级位数，如增加闪存flash_adc的位数，以提高校准精度。且校准时量化该级输出电压的模数转换模块可以不是后级部分或者所有模数转换模块组成的模数转换电路，可以是其他任何可能形式的模数转换电路。
[0163]
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0164]
基于同样的发明构思，本技术实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的模数转换电路校准方法的模数转换电路校准系统。该系统所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个模数转换电路校准系统实施例中的具体限定可以参见上文中对于模数转换电路校准方法的限定，在此不再赘述。
[0165]
在一个实施例中，如图12所示，提供了一种模数转换电路校准系统，包括：待校准模数转换电路121、短接开关122、置位控制电路123以及处理电路124；其中，
[0166]
待校准模数转换电路121，包括子模数转换器与乘法数模转换器；
[0167]
短接开关122，用于将待校准模数转换电路121的输入设置为0；
[0168]
置位控制电路123，用于改变子模数转换器的输出；
[0169]
处理电路124，用于根据不同子模数转换器输出下乘法数模转换器的输出值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差，根据权重误差，对待校准模数转换电路121的输出进行校准。
[0170]
在一个实施例中，待校准模数转换电路121还包括：校准电容；校准电容与乘法数模转换器的中间节点相连，用于将乘法数模转换器被配置为，当待校准模数转换电路的输入为0时，乘法数模转换器的输出的信号幅值最大。
[0171]
其中，本技术实施例的传输曲线的平移(如平移1/16*vref)可通过在乘法数模转
换器的ra输入端加入一个校准电容cd，cd≈cu即可。若该流水线模数转换电路中该级模数转换模块采用了扰动(dither)注入技术，则该技术所用dac可整体作为cd使用(当dither dac的电容总和与cu较接近时)，则极大减小了校准所需额外模拟电路的代价。
[0172]
另外，本技术实施例的输入幅度可以是任何单一直流信号，若输入幅度为0，则输入短接开关类型不作限制。校准电容大小在可接受的范围内可以变化。且传输曲线平移的距离可以不限制于上述提到的1/16*vref，可以是对校准效果无影响的任何可能的距离。
[0173]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0174]
以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种模数转换电路校准方法，其特征在于，所述模数转换电路包括若干级联的模数转换模块，所述模数转换模块包括子模数转换器和乘法数模转换器，所述方法包括：对所述子模数转换器与所述乘法数模转换器进行配置，使得所述乘法数模转换器的传输曲线平移，且所述模数转换模块的输入为第一输入值时，所述乘法数模转换器输出的信号幅值接近所述传输曲线中的最大幅值；在所述模数转换模块的输入为所述第一输入值的情况下，改变所述子模数转换器的输出，并根据不同所述子模数转换器输出下所述乘法数模转换器的输出值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差，其中，n为选取的所述待校准电容在对应的所述子模数转换器中的排列序号；根据所述权重误差，对所述模数转换模块的输出进行校准。2.根据权利要求1所述的模数转换电路校准方法，其特征在于，改变所述子模数转换器的输出包括：对所述子模数转换器进行置位，使得所述子模数转换器的输出分别为第一输出值与第二输出值，其中，所述第一输出值的低n-1位为第一预设值，其余位为第二预设值；所述第二输出值的低n位为所述第一预设值，其余位为所述第二预设值。3.根据权利要求2所述的模数转换电路校准方法，其特征在于，计算对应的第n个待校准电容的权重误差包括：获取所述第一输出值对应的所述乘法数模转换器输出的第一电压值，以及所述第二输出值对应的所述乘法数模转换器输出的第二电压值；根据所述第一电压值与所述第二电压值，计算对应的第n个待校准电容的所述权重误差。4.根据权利要求3所述的模数转换电路校准方法，其特征在于，计算对应的第n个待校准电容的权重误差还包括：求取所述第一电压值与所述第二电压值的差值；根据所述差值，计算所述第n个待校准电容的实际权重；根据所述第n个待校准电容的所述实际权重与理想权重，计算所述第n个待校准电容的所述权重误差。5.根据权利要求3所述的模数转换电路校准方法，其特征在于，在计算对应的第n个待校准电容的权重误差之后，所述方法还包括：对所述子模数转换器进行置位，使所述子模数转换器的输出为第三输出值，其中所述第三输出值的低n-1位与第n+m位为所述第一预设值，其余位为所述第二预设值；获取所述第三输出值对应的所述乘法数模转换器输出的第三电压值；根据所述第三电压值与所述第一电压值，计算对应的第n+m个待校准电容的所述权重误差。6.根据权利要求3所述的模数转换电路校准方法，其特征在于，在计算对应的第n个待校准电容的权重误差之后，所述方法还包括：对所述子模数转换器进行置位，使所述子模数转换器的输出为第四输出值，其中所述第四输出值的低n位中除第n-t位外其余位均为所述第一预设值，第n-t位与除低n位外所有位均为所述第二预设值；
获取所述第四输出值对应的所述乘法数模转换器输出的第四电压值；根据所述第四电压值与所述第二电压值，计算对应的第n-t个待校准电容的所述权重误差。7.根据权利要求1所述的模数转换电路校准方法，其特征在于，根据所述权重误差，对所述模数转换电路的输出进行校准包括：根据所述权重误差与所述子模数转换器的输出，选取不同的所述待校准电容的所述权重误差，对所述模数转换模块的输出权重进行更新，根据更新后的所述输出权重，对所述模数转换电路的输出进行校准。8.根据权利要求7所述的模数转换电路校准方法，其特征在于，对所述模数转换模块的输出权重进行更新包括：获取所述子模数转换器的输出a；当所述子模数转换器的输出a小于所述模数转换电路位数的一半b时，利用第a+1至第b-a-1个所述待校准电容的所述权重误差，对所述模数转换模块的输出权重进行更新；当所述模数转换器的输出a大于所述模数转换电路位数的一半b时，利用第a至第b个所述待校准电容的所述权重误差，对所述模数转换模块的输出权重进行更新。9.一种模数转换电路校准系统，其特征在于，包括：待校准模数转换电路、短接开关、置位控制电路以及处理电路；其中，所述待校准模数转换电路，包括子模数转换器与乘法数模转换器；所述短接开关，用于将所述待校准模数转换电路的输入设置为第一输入值；所述置位控制电路，用于改变所述子模数转换器的输出；所述处理电路，用于根据不同所述子模数转换器输出下所述乘法数模转换器的输出值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差，根据所述权重误差，对所述待校准模数转换电路的输出进行校准。10.根据权利要求9所述的模数转换电路校准系统，其特征在于，所述待校准模数转换电路还包括：校准电容；所述校准电容与所述乘法数模转换器的中间节点相连，用于将所述乘法数模转换器被配置为，当所述待校准模数转换电路的输入为所述第一输入值时，所述乘法数模转换器的输出的信号幅值最大。

技术总结
本申请涉及一种模数转换电路校准方法与系统，通过对模数转换电路中的若干级联的模数转换模块的乘法数模转换器进行配置，使得模数转换模块的输入为第一输入值时，乘法数模转换器输出的信号幅值最大。在模数转换模块的输入为第一输入值的情况下，改变子模数转换器的输出，并根据不同子模数转换器输出下乘法数模转换器的输出值，计算对应的第n个待校准电容的权重误差。根据权重误差，对模数转换模块的输出进行校准。从而无需额外的信号发生器输入多个不同幅值的电压信号，只需对子模数转换器进行置位，即可完成对流水线模数转换电路电容的校准，简化了电路结构，提高了校准效率。提高了校准效率。提高了校准效率。


技术研发人员：李志刚 赵庆中 陆俞成
受保护的技术使用者：上海联影微电子科技有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/19