本發(fā)明涉及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(digital-to-analogconverter,dac)的校正電路及校正方法，尤其涉及橋接式dac(bridgedac)的校正電

路及校正方法。

背景技術(shù)：

圖1是現(xiàn)有連續(xù)逼近式(successiveapproximation)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digitalconverter,adc)(以下簡(jiǎn)稱saadc)的局部電路圖。該saadc通過(guò)橋接式dac110的電容切換操作與比較器105的比較操作，使比較器105的兩個(gè)輸入端的電壓互相逼近，而在電壓互相逼近的過(guò)程中，耦接于比較器105輸出端的連續(xù)逼近暫存器(successiveapproximationregister,sar)(圖未示)，依據(jù)比較器105的輸出產(chǎn)生數(shù)字碼。最后等橋接式dac110的所有電容都切換完畢后(即所有電容耦接至適當(dāng)?shù)碾妷?，此時(shí)連續(xù)逼近暫存器所產(chǎn)生的數(shù)字碼即是saadc的最后輸出值，也就是輸入信號(hào)(由vin及vip所組成)經(jīng)過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。

橋接式dac110包含兩個(gè)電容陣列，各自耦接比較器105的一個(gè)輸入端。每個(gè)電容陣列包含一個(gè)橋接電容(bridgecapacitor)130或140。此說(shuō)明書(shū)中定義橋接電容130或140的右側(cè)(即鄰近比較器105的一側(cè))為電容陣列的最高有效位元(msb)側(cè)，左側(cè)(即遠(yuǎn)離比較器105的一側(cè))為電容陣列的最低有效位元(lsb)側(cè)。以圖1中耦接比較器105的負(fù)極的電容陣列為例，其msb側(cè)包含電容111、112、113，此三個(gè)電容的電容值分別為4c、2c、1c(c為正數(shù))；其lsb側(cè)包含電容151、152、153、154、155，此五個(gè)電容的電容值分別為8c、4c、2c、1c、1c。電容111、112、113的一端耦接橋接電容130的其中一端，并且直接與比較器105耦接；相對(duì)的，電容151、152、153、154、155的一端則不直接與比較器105耦接，而是先耦接橋接電容130的另一端，再通過(guò)橋接電容130耦接比較器105。電容111、112、113、151、152、153、154、155非耦接橋接電容130的一 端則分別通過(guò)開(kāi)關(guān)sw耦接至地或參考電壓vref。

理想上，對(duì)比較器105而言，lsb側(cè)的所有電容與橋接電容130或140的等效電容值，應(yīng)實(shí)質(zhì)上等于msb側(cè)的最小電容的電容值。然而，因?yàn)闃蚪与娙?30或140的電容值不易做的精準(zhǔn)(因?yàn)殡娙葜禐榉钦麛?shù))，加上電路中存在不可避免的寄生電容，使得橋接式dac110不理想，而導(dǎo)致saadc的操作產(chǎn)生錯(cuò)誤。

文獻(xiàn)《splitcapacitordacmismatchcalibrationinsuccessiveapproximationadc》(yanfeichen,etal.,"splitcapacitordacmismatchcalibrationinsuccessiveapproximationadc,"customintegratedcircuitsconference,2009.cicc'09.ieee,pp.279-282,sept.2009)提出一種校正橋接式dac的方法。然而該文獻(xiàn)所提出的方法必須先對(duì)比較器的偏移進(jìn)行校正，當(dāng)比較器的偏移夠小時(shí)，其校正方法才可行。該文獻(xiàn)的缺點(diǎn)在于，除了校正比較器必須耗費(fèi)額外的時(shí)間之外，實(shí)作上發(fā)現(xiàn)，即使當(dāng)比較器的偏移已被校正，執(zhí)行該文獻(xiàn)所提出的方法之后，橋接式dac的表現(xiàn)仍然不佳。因此有必要提出更好的方法與電路來(lái)校正橋接式dac。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的一目的在于提供一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的校正電路及校正方法，以校正橋接式dac。

本發(fā)明公開(kāi)一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的校正方法，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器用于一連續(xù)逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器耦接該連續(xù)逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一比較器，并且包含一第一電容、多個(gè)第二電容，及一橋接電容，該第一電容的一第一端點(diǎn)耦接該比較器的一第一輸入端及該橋接電容的一第一端點(diǎn)，該多個(gè)第二電容的多個(gè)第一端點(diǎn)互相耦接并耦接該橋接電容的一第二端點(diǎn)，該方法包含：(a)使該比較器的一第二輸入端具有與該第一輸入端的電位相等的電位；(b)改變?cè)摰谝浑娙莸囊坏诙它c(diǎn)的電位；(c)得到該連續(xù)逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一第一輸出；(d)于得到該第一輸出后，使該比較器的該第二輸入端具有與該第一輸入端的電位相等的電位；(e)改變?cè)摱鄠€(gè)第二電容的多個(gè)第二端點(diǎn)的電位；(f)得到該連續(xù)逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一第二輸出；以及(g)依據(jù)該第一輸出及該第二輸出校正該數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換器。

本發(fā)明另公開(kāi)一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的校正電路，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器用于一連續(xù)逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器耦接該連續(xù)逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一比較器，并且包含一第一電容、多個(gè)第二電容，及一橋接電容，該第一電容的一第一端點(diǎn)耦接該比較器的一第一輸入端及該橋接電容的一第一端點(diǎn)，該多個(gè)第二電容的多個(gè)第一端點(diǎn)互相耦接并耦接該橋接電容的一第二端點(diǎn)，該校正電路包含：一暫存器；以及一控制電路，耦接該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器及該暫存器，用來(lái)執(zhí)行一校正程序，該校正程序包含以下步驟：(a)使該比較器的該第一輸入端及一第二輸入端等電位；(b)改變?cè)摰谝浑娙莸囊坏诙它c(diǎn)的電位；(c)將該連續(xù)逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一第一輸出儲(chǔ)存至該暫存器；(d)于得到該第一輸出后，使該比較器的該第一輸入端及該第二輸入端等電位；(e)改變?cè)摱鄠€(gè)第二電容的多個(gè)第二端點(diǎn)的電位；(f)將該連續(xù)逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一第二輸出儲(chǔ)存至該暫存器；以及(g)依據(jù)該第一輸出及該第二輸出校正該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

本發(fā)明的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的校正電路及校正方法以簡(jiǎn)單的方式校正橋接式dac。相較于現(xiàn)有的校正方法，本發(fā)明無(wú)須預(yù)先校正比較器的偏移，因此得以提高校正確準(zhǔn)度及可實(shí)施性。

有關(guān)本發(fā)明的特征、實(shí)作與技術(shù)效果，茲配合附圖作實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有saadc的局部電路圖；

圖2為本發(fā)明的橋接式dac的校正電路與saadc結(jié)合的功能方塊圖；

圖3為本發(fā)明的橋接式dac的校正方法的流程圖；

圖4a～圖4f為橋接式dac于本發(fā)明的校正過(guò)程中開(kāi)關(guān)切換狀態(tài)的示意圖；以及

圖5為本發(fā)明數(shù)字碼的差值與補(bǔ)償電容的檔位的關(guān)系圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

105、205比較器

110、210橋接式dac

130、140、430、440橋接電容

220連續(xù)逼近暫存器

230控制電路

250暫存器

260參考電壓產(chǎn)生單元

270開(kāi)關(guān)

411、412、413、451、452、453、454、455電容

470、480補(bǔ)償電容

s310～s340步驟

具體實(shí)施方式

以下說(shuō)明內(nèi)容的技術(shù)用語(yǔ)是參照本技術(shù)領(lǐng)域的習(xí)慣用語(yǔ)，如本說(shuō)明書(shū)對(duì)部分用語(yǔ)有加以說(shuō)明或定義，該部分用語(yǔ)的解釋是以本說(shuō)明書(shū)的說(shuō)明或定義為準(zhǔn)。

本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容包含dac的校正電路及校正方法，用以校正橋接式dac。由于本發(fā)明的dac的校正電路所包含的部分元件單獨(dú)而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發(fā)明的充分公開(kāi)及可實(shí)施性的前提下，以下說(shuō)明對(duì)于已知元件的細(xì)節(jié)將予以省略。此外，本發(fā)明的dac的校正方法可以是軟件及/或固件的形式，并且可通過(guò)本發(fā)明的dac的校正電路或其等效裝置來(lái)執(zhí)行，在不影響該方法發(fā)明的充分公開(kāi)及可實(shí)施性的前提下，以下方法發(fā)明的說(shuō)明將著重于步驟內(nèi)容而非硬件。

圖2為本發(fā)明的橋接式dac的校正電路與saadc結(jié)合的功能方塊圖。請(qǐng)一并參閱圖3，其是本發(fā)明的橋接式dac的校正方法的流程圖。校正開(kāi)始前，控制電路230先使saadc不接收任何輸入信號(hào)，并且決定對(duì)耦接比較器205的正極(即非反相輸入端)或負(fù)極(即反相輸入端)的電容陣列進(jìn)行校正。以下以校正耦接比較器205的負(fù)極的電容陣列為例，說(shuō)明本發(fā)明的橋接式dac的校正機(jī)制。當(dāng)對(duì)比較器205的負(fù)極的電容陣列進(jìn)行校正時(shí)，正極的電容陣列的所有電容的非耦接橋接電容440的一端可選擇保持耦接至同一電位。

首先，控制電路230通過(guò)控制信號(hào)rst控制開(kāi)關(guān)270導(dǎo)通，以使比較器 205的正極與負(fù)極的電位暫時(shí)保持相等(步驟s310)(如圖4a所示，開(kāi)關(guān)270導(dǎo)通)。接者，控制電路230通過(guò)控制信號(hào)csw控制開(kāi)關(guān)sw3，使msb側(cè)的最小電容413(如圖4a所示，電容411、412、413的電容值假設(shè)分別為4c、2c、1c)的非耦接橋接電容430的一端耦接第一電位(例如接地)，且通過(guò)控制信號(hào)csw控制開(kāi)關(guān)sw4～sw8，使lsb側(cè)的所有電容(電容451、452、453、454、455)的非耦接橋接電容430的一端耦接第二電位(例如晶片中的高電位vp)(步驟s312)。請(qǐng)注意，上述的第一電位與第二電位具有不相同的電位，以及在此步驟中，msb側(cè)的其他電容(即電容411、412)可以耦接至第一電位或第二電位。

接下來(lái)，控制電路230先使比較器205的正極與負(fù)極的電位不再保持相等(亦即控制開(kāi)關(guān)270不導(dǎo)通)(步驟s314，圖4b)，然后控制電路230再通過(guò)控制信號(hào)csw將msb側(cè)的最小電容(即電容413)所耦接的電位由第一電位改為第二電位(亦即通過(guò)控制信號(hào)csw控制開(kāi)關(guān)sw3切換，使電容413耦接至電壓vp)，此電位的變化在比較器205的負(fù)極造成電位差δv1(步驟s316，圖4c)。接下來(lái)，在saadc的數(shù)個(gè)操作周期(由時(shí)脈信號(hào)控制)中，連續(xù)逼進(jìn)暫存器220依據(jù)比較器205的輸出產(chǎn)生數(shù)字碼dn，控制電路230再依據(jù)數(shù)字碼dn以決定開(kāi)關(guān)sw4～sw8為導(dǎo)通或不導(dǎo)通(亦即決定電容451、452、453、454、455的耦接電位)(步驟s318)。更詳細(xì)地說(shuō)，此過(guò)程即saadc的逼近過(guò)程，期間經(jīng)歷n個(gè)操作周期(n為lsb側(cè)的電容個(gè)數(shù)，此例n＝5)，每一個(gè)操作周期對(duì)應(yīng)一次比較器205的比較操作，以及一次控制電路230的切換開(kāi)關(guān)的操作(依序決定是否切換開(kāi)關(guān)sw4～sw8)。當(dāng)電容451、452、453、454、455的其中任一者由電壓vp切換至地，比較器205的負(fù)極的電位也會(huì)隨之下降。最后，待saadc達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)(亦即此5個(gè)操作周期結(jié)束，saadc已決定其輸出的數(shù)字碼的每一位元值)，控制電路230得到數(shù)字碼dn1，并將數(shù)字碼dn1儲(chǔ)存至?xí)捍嫫?50。此數(shù)字碼dn1即是saadc對(duì)電位差δv1及比較器205的偏移的綜合結(jié)果(δv1+voffset)量化后的數(shù)字值。請(qǐng)注意，在步驟s318的操作過(guò)程中，開(kāi)關(guān)sw3受控制電路230控制保持耦接至電壓vp。

接下來(lái)，控制電路230通過(guò)控制信號(hào)rst控制開(kāi)關(guān)270導(dǎo)通，再次使比較器205的正極與負(fù)極的電位暫時(shí)保持相等(步驟s320)，然后控制電路 230控制msb側(cè)的最小電容413耦接第二電位，并控制lsb側(cè)的所有電容耦接第一電位(步驟s322，圖4d)。當(dāng)電荷平衡后，控制電路230先使比較器205的正極與負(fù)極的電位不再保持相等(亦即控制開(kāi)關(guān)270不導(dǎo)通)(步驟s324，圖4e)。接下來(lái)，控制電路230再通過(guò)控制信號(hào)csw將lsb側(cè)的所有電容所耦接的電位由第一電位改為第二電位(亦即通過(guò)控制信號(hào)csw控制開(kāi)關(guān)sw4～sw8全數(shù)切換，使電容451、452、453、454、455耦接至電壓vp)，此電位的變化在比較器205的負(fù)極造成電位差δv2(步驟s326，圖4f)。接下來(lái)，類似步驟s318，在saadc的數(shù)個(gè)操作周期中，連續(xù)逼進(jìn)暫存器220依據(jù)比較器205的輸出產(chǎn)生數(shù)字碼dn，控制電路230再依據(jù)數(shù)字碼dn以決定開(kāi)關(guān)sw4～sw8為導(dǎo)通或不導(dǎo)通(步驟s328)。最后，待saadc達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)(亦即經(jīng)過(guò)n個(gè)操作周期，此例n＝5)，控制電路230得到數(shù)字碼dn2，并將數(shù)字碼dn2儲(chǔ)存至?xí)捍嫫?50。此數(shù)字碼dn2即是saadc對(duì)電位差δv2及比較器205的偏移的綜合結(jié)果(δv2+voffset)量化后的數(shù)字值。請(qǐng)注意，在步驟s328的操作過(guò)程中，開(kāi)關(guān)sw3受控制電路230控制保持耦接至電壓vp。

接下來(lái)，控制電路230比較數(shù)字碼dn1及數(shù)字碼dn2(步驟s330)。事實(shí)上，比較數(shù)字碼dn1及數(shù)字碼dn2即是將(δv1+voffset)與(δv2+voffset)進(jìn)行比較。通過(guò)比較數(shù)字碼dn1與數(shù)字碼dn2即可排除比較器205的偏移voffset，因此本發(fā)明不需先對(duì)比較器205的偏移做補(bǔ)償。此外，通過(guò)比較數(shù)字碼dn1及數(shù)字碼dn2即可得知lsb側(cè)的所有電容與橋接電容430所構(gòu)成的電容組合，對(duì)比較器205而言是否具有理想的等效電容值(應(yīng)與msb側(cè)的最小電容的電容值相等)?？刂齐娐?30依據(jù)數(shù)字碼dn1與數(shù)字碼dn2的大小關(guān)系，產(chǎn)生補(bǔ)償電容調(diào)整信號(hào)cps以調(diào)大或調(diào)小補(bǔ)償電容470(步驟s332或步驟s334)。

請(qǐng)注意，比較前應(yīng)先定義數(shù)字碼的位元值(1/0)與開(kāi)關(guān)sw1～sw8的切換狀態(tài)(亦即電容411～413、451～455的耦接電壓)的關(guān)系。假設(shè)數(shù)字碼的位元值1代表某個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)(swy,swy')(此例中1≤y≤8)中的開(kāi)關(guān)swy耦接至地，而開(kāi)關(guān)swy'耦接至電壓vp，位元值0則相反。則當(dāng)數(shù)字碼dn1大于數(shù)字碼dn2時(shí)，代表電位差δv1大于電位差δv２，亦即代表由比較器205所觀測(cè)到的lsb側(cè)的等效電容值過(guò)小，此時(shí)應(yīng)該調(diào)低補(bǔ)償電容470的 等效電容值(步驟s332)；相反的，當(dāng)數(shù)字碼dn1小于數(shù)字碼dn2時(shí)，代表電位差δv1小于電位差δv2，亦即代表由比較器205所觀測(cè)到的lsb側(cè)的等效電容值過(guò)大，此時(shí)應(yīng)該調(diào)高補(bǔ)償電容470的等效電容值(步驟s334)。

請(qǐng)注意，當(dāng)數(shù)字碼的位元值有不同的定義，或是當(dāng)本發(fā)明的校正裝置與校正方法應(yīng)用于比較器205的正極時(shí)，兩個(gè)數(shù)字碼(dn1、dn2)之間的大小關(guān)系與補(bǔ)償電容的調(diào)整方式(調(diào)大或調(diào)小)，需做相對(duì)應(yīng)的調(diào)整，此為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員依據(jù)上述公開(kāi)內(nèi)容可加以實(shí)施變化，故不再贅述。再者，因?yàn)閷?shí)際上前述的電位差δv1與電位差δv2是反應(yīng)在lsb側(cè)的電容的耦接電位(亦即開(kāi)關(guān)sw4～sw8的切換狀態(tài))上，所以實(shí)作上步驟s330在比較數(shù)字碼dn1及數(shù)字碼dn2時(shí)，控制電路230可以只比較兩個(gè)數(shù)字碼的最低n位元即可。

步驟s332或步驟s334結(jié)束后，則重新執(zhí)行步驟s310～步驟s330，以判斷補(bǔ)償電容470是否仍需調(diào)整。圖3的流程執(zhí)行多次后，可以得到數(shù)字碼的差值(dn1-dn2)與補(bǔ)償電容的檔位的關(guān)系圖，如圖5所示。圖中顯示補(bǔ)償電容470共有64個(gè)檔位，檔位愈高代表補(bǔ)償電容470的等效電容值愈大?？梢园l(fā)現(xiàn)，檔位49～55對(duì)應(yīng)數(shù)字碼的差值(dn1-dn2)等于0，代表若將補(bǔ)償電容470的檔位設(shè)定為49～55的其中之一，即可有效地補(bǔ)償lsb側(cè)的電容，而完成橋接式dac210的校正。因此，當(dāng)步驟s330判斷數(shù)字碼dn1等于數(shù)字碼dn2時(shí)，即可決定補(bǔ)償電容470的等效電容值，并結(jié)束橋接式dac210的校正(步驟s340)。

事實(shí)上，研究檔位區(qū)間49～55所對(duì)應(yīng)的saadc的有效位數(shù)(effectivenumberofbits,enob)可以發(fā)現(xiàn)，愈接近檔位區(qū)間49～55的中間值(本例為52)，saadc的有效位數(shù)愈高。也就是說(shuō)，雖然在步驟s340中以任一對(duì)應(yīng)于數(shù)字碼的差值(dn1-dn2)為0的檔位來(lái)決定補(bǔ)償電容470的等效電容值后，校正流程即可結(jié)束，但若是為了得到更佳的校正結(jié)果，可以執(zhí)行更多次圖3的流程，以找出對(duì)應(yīng)數(shù)字碼的差值(dn1-dn2)為0的補(bǔ)償電容470的所有檔位，最后再挑選此檔位區(qū)間的中間值來(lái)設(shè)定補(bǔ)償電容470最終的等效電容值，以得到更好的補(bǔ)償效果。

請(qǐng)注意，在步驟s318或步驟s328中，當(dāng)數(shù)字碼dn1或數(shù)字碼dn2中對(duì)應(yīng)橋接式dac210的lsb側(cè)的位元全部為0或全部為1(即，對(duì)圖4的 例子而言，數(shù)字碼為xxx00000或xxx11111)時(shí)，代表比較器205的偏移voffset過(guò)大，導(dǎo)致數(shù)字碼dn1或數(shù)字碼dn2無(wú)法真實(shí)反應(yīng)電位差δv1或電位差δv2。此時(shí)以下的兩種方法可以擇一進(jìn)行：(1)重新進(jìn)行校正，并在在步驟s312、s316、s322及s326中，將第一電位與第二電位互換；或是(2)使比較器205的正負(fù)極交換，亦即，若原本對(duì)s205的負(fù)極的電容陣列進(jìn)行校正，則改為對(duì)其正極的電容陣列進(jìn)行校正，并重新執(zhí)行圖3的流程。

在一實(shí)施例中，補(bǔ)償電容470由多個(gè)電容與多個(gè)開(kāi)關(guān)所組成，前述的各檔位對(duì)應(yīng)不同的開(kāi)關(guān)切換狀態(tài)，因此可對(duì)應(yīng)不同的等效電容值。補(bǔ)償電容470的其中一種實(shí)施方式可參考文獻(xiàn)《splitcapacitordacmismatchcalibrationinsuccessiveapproximationadc》，故不再贅述。

請(qǐng)注意，前揭圖示中，元件的形狀、尺寸、比例以及步驟的順序等僅為示意，是供本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明之用，非用以限制本發(fā)明。再者，前揭實(shí)施例雖以saadc為例，然此并非對(duì)本發(fā)明的限制，本技術(shù)領(lǐng)域人士可依本發(fā)明的公開(kāi)適當(dāng)?shù)貙⒈景l(fā)明應(yīng)用于其它類型的adc。

雖然本發(fā)明的實(shí)施例如上所述，然而該多個(gè)實(shí)施例并非用來(lái)限定本發(fā)明，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可依據(jù)本發(fā)明的明示或隱含的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征施以變化，凡此種種變化均可能屬于本發(fā)明所尋求的專利保護(hù)范疇，換言之，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍須視本說(shuō)明書(shū)的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。