一種sar-a/d變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及一種SAR-A/D變換器。特別地，本公開涉及混合溫度計碼 (thermometer code) -二進(jìn)制碼SAR-A/D變換器的自校準(zhǔn)的方法以及這樣的混合溫度計 碼-二進(jìn)制碼SAR-A/D變換器。更特別地，本公開涉及作為溫度計碼SAR-A/D變換器的一 部分以優(yōu)化模數(shù)變換器的積分非線性的數(shù)模變換器DAC的自校準(zhǔn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 本領(lǐng)域已知SAR A/D變換器用于模數(shù)變換。在這種類型的變換器中，變換是基于 對分（dichotomic)搜索所有可能的量化電平（level)以確定最終的變換值。
[0003] 參考圖1，其示出經(jīng)典SAR-A/D變換器的框圖，這樣的變換器包括數(shù)模變換器 (DAC)、逐次逼近寄存器（SAR)、采樣保持電路（S/H)、輸入電壓Vin和參考電壓Vref。特 別地，還可以被集成在DAC變換器中的采樣保持電路被配置成捕獲輸入電壓Vin，而將電 壓Vin與DAC的輸出相比較的電壓比較器（Comp)被配置成將結(jié)果傳輸至逐次逼近寄存器 (SAR)，SAR向內(nèi)部DAC發(fā)送Vin的逼近數(shù)字碼，內(nèi)部DAC的輸出通過等同于要與輸入電壓 Vin相比較的SAR的輸出數(shù)字碼的模擬信號被反饋給比較器。
[0004] 特別地，在內(nèi)部DAC中通常采用二進(jìn)制加權(quán)的物理元件以執(zhí)行變換過程。例如，這 些二進(jìn)制加權(quán)的物理元件包括電阻器、電容器、電流生成器等。
[0005] 為了使用具有等于6的數(shù)目Nblt= NBltBin的比特的二進(jìn)制變換器來變換對應(yīng)于二 進(jìn)制碼' 10100Γ的電壓（即對應(yīng)于編號41的碼），6個物理元件可用。在二進(jìn)制碼' 10100Γ 中，對應(yīng)于索引〇、3和5的物理元件（即二進(jìn)制碼'101001'中的多個）意在以某種方法被 選擇并且對應(yīng)的變換后的電壓是41/64Vref，其中Vref表示要用于變換過程的參考電壓。
[0006] 然而，如果使用溫度計碼SAR A/D變換器，則所有的物理元件通常彼此相等。因此， 在變換過程期間，如果必須使用具有等于6的數(shù)目Nblt= NBltBin的比特的溫度計碼變換器來 變換對應(yīng)于二進(jìn)制碼'101001'（41)的電壓，則選擇對應(yīng)于從0到40的索引的等于64(因 為2 Λ6 = 64)的所有物理元件（而不選擇對應(yīng)于從41到63的索引的物理元件）并且對應(yīng) 的已變換電壓總是等于41/64Vref。
[0007] 相反，在具有混合溫度計碼和二進(jìn)制設(shè)計的變換器中，將形成變換器的多個物理 元件分為兩個子集，即由溫度計元件形成的一個子集以及由二進(jìn)制加權(quán)的元件形成的另一 子集。
[0008] 也就是，二進(jìn)制加權(quán)的元件定義由變換器生成的輸出碼的LSB比特，而溫度計元 件定義這樣的輸出碼的MSB比特。
[0009] 應(yīng)當(dāng)注意，具有溫度計碼和二進(jìn)制設(shè)計的變換器的精度由在二進(jìn)制元件中實現(xiàn)的 最小物理元件來設(shè)置并且對應(yīng)于1LSB，即該比特對應(yīng)于LSB比特的零索引。
[0010] 圖2的示例是具有帶有12個比特的溫度計碼和二進(jìn)制設(shè)計的變換器，其中輸出碼 如下被組織：
[0011] 二進(jìn)制物理元件用于從0到5的索引，其表示輸出碼的LSB比特，其表示0索引由 二進(jìn)制元件給出，1索引由具有兩倍的值（用于0索引的二進(jìn)制元件的值）的二進(jìn)制元件給 出，2索引由具有四倍的值（用于0索引的二進(jìn)制元件的值）的二進(jìn)制元件給出，等等；以 及
[0012] 溫度計元件用于從6到11的索引，其表示輸出碼的MSB比特，使得每個索引包括 與索引權(quán)重減去6 6))的二進(jìn)制編碼所需要的一樣多的溫度計元件的添加。
[0013] 這樣的溫度計碼ADC的有問題的方面在于，由于后者生成在A/D變換過程中使用 的溫度計電平的各個電壓V thOTM (Thermo = 0···2\)的值，所以這些電壓值VthOTM受到溫度 計元件不一致的問題的影響，因為它們理想地應(yīng)當(dāng)是但是實際上呈現(xiàn)出不理想，這引入這 樣的電壓值V thCTm。的誤差。
[0014] 因此，假定提供64個溫度計元件T,，在SAR變換期間所需要的理想電壓VThCTnro是：
[0016] 其中Ttot是溫度計元件的總值，Thermo屬于從0到64的集合，T」屬于集合T。，… ，T ThOTro-l，因為電壓電平比元件多一個。然而，由于所有的溫度計元件T,有缺點(diǎn)，每個具有 其自己的誤差τ ,，因此可以根據(jù)以下公式來重寫每個溫度計元件：
[0017] Tj= T ldeal+ τ j
[0018] 鑒于以上描述，用以下公式來表示在SAR變換期間所需要的理想的電壓值VthCTnro:
[0020] 因此，可以用以下公式來表示理想與實際電壓序列之間的INL誤差：
[0022] 其中INLTh_。表示DAC變換器的第Thermo電平的誤差。
[0023] 這樣的INLThOTro取決于溫度計碼誤差的數(shù)量級并且對于最小和最大電壓極限V _ =〇和V_= V = V 64而言固有地等于零（因為在這種情況下假定比特的數(shù)目為6)。
[0024] INLThJ直受到溫度計元件的缺陷的測量的影響。特別地，證明專利申請 MI2014A000720(其意在被集成在本公開內(nèi)容中）中公開的校準(zhǔn)過程能夠以最差測量溫度 計元件的DNL誤差的一半的準(zhǔn)確度來近似理想的特性INL。
[0025] 當(dāng)然，如果沒有以極限準(zhǔn)確度來做出溫度計元件的測量，則INLThCTIJ直無效。
[0026] 另外的問題是用于開關(guān)溫度計元件的開關(guān)所占用的面積。 【實用新型內(nèi)容】
[0027] 本實用新型的目的是提供一種SAR-A/D變換器。
[0028] 本公開提供了一種SAR-A/D變換器，包括Nblt比特數(shù)模變換器（DAC)，所述數(shù)模變 換器（DAC)包括具有多個N Th溫度計元件^的第一子變換器（CMSB)以及具有多個二進(jìn)制加 權(quán)的元件的第二子變換器（Q SB)，所述SAR-A/D變換器的特征在于，所述SAR-A/D變換器包 括：被配置成選擇所述多個NTh溫度計元件T ,的第一組的第一選擇器裝置、以及被配置成選 擇所述多個NTh溫度計元件Τ ,的第二組的第二選擇器裝置，所述第一選擇器裝置包括每個 與所述第一組中的相應(yīng)的溫度計元件T,信號通信的多個選擇器開關(guān)，并且所述第二選擇器 裝置包括與所述第二組中的溫度計元件^信號通信的單個選擇器開關(guān)。
[0029] 根據(jù)一個實施例，所述第一組所包含的溫度計元件T,的數(shù)目大于所述第二組中所 包含的溫度計元件^的數(shù)目。
[0030] 根據(jù)一個實施例，所述第一子變換器（CMSB)的所述溫度計元件的數(shù)目是2 ANbltTh， 并且所述第二子變換器（QSB)的所述二進(jìn)制加權(quán)的元件的數(shù)目是N BltBin。
【附圖說明】
[0031] 本公開內(nèi)容的特性和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)在附圖的集合中被圖示為非限制性示例的可能的 實際實施例的以下詳細(xì)描述將變得很清楚，在附圖中：
[0032] 圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的SAR A/D變換器的框圖；
[0033] 圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的SAR A/D變換器的元件的組成的圖形表示；
[0034] 圖3是校準(zhǔn)本實用新型的SAR A/D變換器的方法的流程圖；
[0035] 圖4、5和6示出當(dāng)確定性方法用于解決如圖3所示的方法時的仿真結(jié)果；以及
[0036] 圖7示出作為本實用新型的SAR A/D變換器的電容器的溫度計元件和二進(jìn)制加權(quán) 的元件的接線電路的框圖。
【具體實施方式】
[0037] 即使沒有清楚地指出，參考特定實施例描述的各個特征應(yīng)當(dāng)意在作為參考其它示 例性實施例描述的其它特征的輔助和/或與其可交換。
[0038] 下文中為了簡潔將使用相同的數(shù)值來指代關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)描述的部分。
[0039] 鑒于最小化INLThOTJ直而不使用專用或附加硬件，溫度計元件T ,的致動序列的冗 余是SAR A/D變換器的高效自校準(zhǔn)的關(guān)鍵因素。
[0040] 特別地，所有的致動序列相同（因為所有元件必須相同，即當(dāng)NBltBin比特等于6時 的64LSB)，但是它們實際上稍有不同，從而元件的致動序列的任何變化涉及ADC的輸出碼 的變化。
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