吴俊杰，朱从益，刘海涛

(南京电子技术研究所， 南京210039)

0 引言

随着微处理器和信号处理技术的迅速发展，对模数转换器的性能要求越来越高。流水线模数转换器(Analog-Digital Converter，ADC)以其高速高精度的特点，广泛应用于信号处理领域。但是，当流水线ADC的精度提高到12 bit以上时，工艺的偏差导致的电容失配、运放的非理想性、比较器失调等误差的影响［1-4］，采用传统模拟电路的设计方法已经无法设计出高性能的ADC。采用数字校准的方法对模拟电路采样输出的数据进行误差校正［5-8］，能有效地补偿了工艺的偏差带来的误差，提高流水线ADC的性能。本文基于一种数字校准算法，研究并提出了该算法的硬件实现方法，在数字域提取模拟电路的误差。采用有限状态机的方法［9-10］计算每级校准误差，将每级的校准信息存入寄存器中。误差运算结束后，将校准参数对输出码进行校准运算，得到校准后的数字码输出。此数字校准算法可校准对ADC线性影响最大的电容失配误差，适合于1.5 bit级电路和多bit级电路。明显提高了流水线ADC的无杂散动态范围和有效精度，对模拟电路的改动较小。

1 流水线ADC误差分析

图1为流水线ADC的整体结构，由采样保持电路(Sample-Hold Amplifier，SHA)和N级流水线子级转换电路构成。每个流水线子级转换电路包括1个子ADC(Sub Digital-Analog Converter，SADC)和1个余量增益数字模拟转换器(Multiplying Digital to Analog Converter，MDAC)。工作时，每级子ADC对输入的模拟信号进行初步量化，产生本级B位的数字代码(如果是1.5 bit/级结构，则产生1.5 bit输出)，然后通过子数模转换器(Sub Digital-Analog Converter，SDAC)将输出代码转化为模拟量，并与当前的输入信号作差运算，得到余数再进行放大，输出到下一级的流水线。……