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模拟技术相关技术文章基于分裂式ADC的LMS算法实现数字后台校正
引言
模数转换器(ADC)是连接模拟世界与数字世界的桥梁,在纳米工艺节点下,SAR ADC具有功耗低、结构简单、易集成等特点成为研究热点。但由于工艺误差,电容的匹配精度难以高于0.1%,成为影响ADC线性度的主要因素。
为了消除电容间的失配,除了较好的电容阵列版图之外,还需要对电容进行校正。校正方式包括数字校正与模拟校正。数字校正是指电容失配的消除在数字域完成,每一个电容的权重都对应一个数字码字。校正的目的是让数字权重逼近电容制造完成后在总电容阵列中所占的比重(即真实权重),从而消除电容失配。数字后台校正是指没有特定的校正模式,校正的过程完全在后台自动进行。
由于电容校正的应用十分广泛,在不同应用场景下对于校正方式与要求也不同,国内外很多人对此进行了研究。文献[1]采用了模拟域校正方法来消除非线性,但是额外的模拟模块会增加电路的噪声并增加硬件复杂性,且模拟电路不会随着工艺的进步带来性能的显著提高。文献[2]提出了一种数字校正方法,但是在前台进行的,校正工作时需将正常采样过程停止,且校正系数不能随外部环境变化更新可能导致不准确。文献[3]提出了一种数字后台校正技术通过将伪随机噪声注入到输入中,但是减小了输入信号范围。
针对上述问题,本文提出了一种Vcm-based SAR ADC的数字后台校正方法,通过对输出码字在数字域的处理来补偿模拟域的非理想特性。校正过程在后台进行,不影响ADC的正常采样和量化。文章第2节主要描述该方法的工作原理及流程;第3节给出仿真结果;第4节给出最终结论。
1、 数字后台校正方法原理
LMS(Least Mean Square,最小均方)算法来源于自适应滤波器的设计,但也可以应用在ADC的数字校正中。一种方案是提供一个输出所要趋近的理想信号d(n),一般是由精确的参考ADC提供,如单斜式ADC或Σ-ΔADC,其精度较高但采样率较低。因此参考ADC的采样频率为主ADC的L分之一,即主ADC在L次采样后才能进行一次迭代计算。