流水线型模数转换器误差校正方法的研究

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模数转换器(ADC)作为联系数字信号和模拟信号的纽带,在数字图像处理等场合中起着至关重要的作用,流水线型ADC在速度、精度、功耗上有较大折中性,其是应用最广泛的ADC之一。目前,电容失配误差、运算放大器有限增益误差等非理想因素是影响流水线型ADC的性能的关键因素,所以研究校正其误差的电路,对提高其精度十分重要。本文提出了一种可以校正流水线型ADC误差的数字校正方法,用于校正其电容失配误差和运算放大器的有限增益误差,以提高流水线型模数转换器的精度,进而达到改善其性能的目的。现有的数字校正方法,通常存在电路结构复杂、校正过程复杂等问题,本文提出的数字校正方法分为两个步骤,首先在校正系数产生阶段通过迭代的方法产生精确的校正系数,然后在ADC正常工作阶段把校正系数带入电路中,校正其输出的数字码,实现校正。本文的校正方法原理简单,电路结构简单,且校正的精度比较高。为了实现上述校正方法,本文建立了一个12bit 40MSPS的流水线型ADC的行为级模型,在前两个子级中引入电容失配误差和有限增益误差,第一级电容失配误差α1为-0.1,第二级电容失配误差α2为-0.05,第一级运算放大器增益为80dB,第二级运算放大器增益为80dB,设其它级都是无误差的理想状态,加入数字校正模块,对ADC进行仿真验证,通过对其校正前后参数的对比,检验数字校正方法的可行性以及校正效果。为了分析不同电容失配误差对电路的影响,还分别引入这个误差的不同值,分别在校正前后对其进行仿真,对比它们的校正效果。结果表明,在进行数字校正后,本文实现的ADC的7.6127位上升到11.4666位,无杂散动态范围由49.3736dB上升到77.2563dB,总谐波失真THD由—48.6078dB下降到-76.4697dB,其ADC的性能有了很大的提高。且通过对不同的电容失配误差的仿真结果的分析,我们可以得出,误差越大,校正前后SNDR提升的量越高,且不论电容失配误差有多大,数字校正方法总能把其有效位数提升至11位以上,所以此校正方法可以适用的电容失配误差的范围非常大,可以对有着较大电容失配误差的流水线型ADC进行校正。
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