一种SARADC校准方法、模块及装置

本发明涉及sar adc，特别是涉及一种sar adc校准方法、模块及装置。

背景技术：

1、自然界中许多信号如声音、温度、压力信号等都以模拟的形式存在。模拟信号在传输过程中易受噪声干扰，而数字信号抗干扰能力强，且易被计算机和数字专用芯片进行存储、传输和处理。在信号处理过程中，模数转换器(adc,analog-to-digital converter)是将模拟信号转换为数字信号的关键器件。

2、sar adc(sar adc,successive approximation registeradc)采用二分逼近的算法来对输入的模拟值进行逼近，得到输出的数字码，适用于中速，中高精度的场合。sar adc主要由采样保持电路，比较器，数模转换器(dac,digital-to-analog converter)、控制逻辑和寄存器组成，如图1所示。sar adc数字结构较多，数字化程度高，因此其功耗较低，引起了大量研究。然而，尽管sar adc结构简单，功耗较低，然而想要达到较高的有效位数或得到较好的优值却较为困难，这是由于sar adc结构中各类非理想因素所带来的影响，使得adc降低了精度。引起sar adc精度降低的主要原因是工艺偏差引起电容误差，使得电容阵列无法达到理想的电容权重，因此需要一种sar adc校准方法，能够针对性解决电容误差引起的sar adc性能变差的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种sar adc校准方法、模块及装置，能够针对性解决电容误差引起的sar adc性能变差的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种sar adc校准方法，包括以下步骤：

3、s0对sar adc的输出码进行采样获得码值序列；

4、s1对所述码值序列进行时频变换，并基于获得的频谱数据计算初始信噪失真比；

5、s2基于理想电容权重和所述初始信噪失真比，利用模拟退火算法求解使所述saradc获得最优信噪失真比的最优电容权重，且在每一个温度下的内循环完成后对当前温度下获得的所述最优电容权重进行inl测试。

6、进一步的，步骤s2包括：

7、s201设定初始温度、结束温度、降温率和内循环次数；

8、s202将当前所述最优电容权重设为所述理想电容权重，将当前所述最优信噪失真比设为所述初始信噪失真比，将当前温度设为所述初始温度；

9、s203对任一所述当前温度：

10、利用邻域扰动公式计算获得新解电容权重，进而计算获得新解信噪失真比；

11、对比所述新解信噪失真比与当前所述最优信噪失真比的大小，若所述新解信噪失真比大于当前所述最优信噪失真比，则将当前所述最优电容权重和当前所述最优信噪失真比分别更新为所述新解电容权重和所述新解信噪失真比，否则基于metropolis准则来更新当前所述最优电容权重和当前所述最优信噪失真比；

12、基于当前所述最优电容权重，计算所述sar adc的inl并判断是否满足预设条件，如果满足则保存当前所述最优电容权重作为备选最优电容权重；

13、判断是否达到所述内循环次数，如果没达到则返回所述利用邻域扰动公式计算获得新解电容权重的步骤，否则执行步骤s204；

14、s204使温度按照所述降温率下降，如果下降后的温度大于所述结束温度则返回步骤s203，否则在所述备选最优电容权重中择一作为所述最优电容权重。

15、进一步的，所述邻域扰动公式为

16、w_new＝w_current*(1+search_step*(2*rand(1)-1))

17、其中，w_new为所述新解电容权重，w_current为所述当前电容权重，serach_step为搜索步长，rand(1)为0到1的随机数。

18、进一步的，所述基于metropolis准则来更新所述当前最优电容权重和所述当前最优信噪失真比，包括：

19、根据以下公式计算更新概率p，

20、

21、其中，sndr_current为所述当前最优信噪失真比，sndr_new为所述新解信噪失真比，t为所述当前温度。

22、进一步的，所述sar adc的信噪失真比通过以下公式计算获得：

23、

24、其中，sndr为所述信噪失真比，psignal为信号功率，pnoise为噪声功率，pdistortion为失真功率。

25、进一步的，所述码值序列对应相同频率的sar adc输入信号。

26、进一步的，还包括重复步骤s2获得多个所述最优电容权重，取使所述信噪失真比最高的所述最优电容权重为所述sar adc的最优电容权重。

27、进一步的，所述时频变换是通过快速傅里叶变换实现的。

28、本发明还提供一种sar adc校准模块，包括：

29、采集模块，用来对sar adc的输出码进行采样获得码值序列；

30、处理模块，用来对所述码值序列进行时频变换，并基于获得的频谱数据计算初始信噪失真比；

31、校准模块，用来基于理想电容权重和所述初始信噪失真比，利用模拟退火算法求解使所述sar adc获得最优信噪失真比的最优电容权重，且在每一个温度下的内循环完成后均对当前温度下获得的所述最优电容权重进行inl测试。

32、本发明还提供一种sar adc校准装置，包括sar adc，如上所述的校准模块，以及根据所述校准模块生成的最优电容权重通过otp或efuse对所述sar adc进行校准的写入模块。

33、有益效果

34、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

35、(1)本发明极大减少了传统算法中所需要的校准电路硬件资源，避免了后台校准算法中复杂的算法和电路，也不需要对模拟电路结构进行任何改动，同时也不需要传统前台校准方法的慢速精确的斜坡信号，只需要一个小容量的一次性存储器，并且只需在第一次芯片上电时进行校准即可；

36、(2)本发明将模拟退火算法应用于校准中，且在每一个温度下的内循环完成后对当前温度下获得的所述最优电容权重进行inl测试，有更高概率找到静态性能和动态性能均较为优秀的全局最优权重解，而不是局部最优；

37、(3)本发明的校准过程只需在单个频点采集数据即可提取权重，所提取的权重可用于其他不同频点的数据校准。

技术特征：

1.一种sar adc校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述邻域扰动公式为

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于metropolis准则来更新所述当前最优电容权重和所述当前最优信噪失真比，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述saradc的信噪失真比通过以下公式计算获得：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述码值序列对应相同频率的saradc输入信号。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括重复步骤s2获得多个所述最优电容权重，取使所述信噪失真比最高的所述最优电容权重为所述saradc的最优电容权重。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时频变换是通过快速傅里叶变换实现的。

9.一种saradc校准模块，其特征在于，包括：

10.一种saradc校准装置，其特征在于，包括saradc，如权利要求9所述的校准模块，以及根据所述校准模块生成的最优电容权重通过otp或efuse对所述saradc进行校准的写入模块。

技术总结本发明涉及一种SARADC校准方法、模块及装置，包括以下步骤：S0对SARADC的输出码进行采样获得码值序列；S1对所述码值序列进行时频变换，并基于获得的频谱数据计算初始信噪失真比；S2基于理想电容权重和所述初始信噪失真比，利用模拟退火算法求解使所述SARADC获得最优信噪失真比的最优电容权重，且在每一个温度下的内循环完成后均对当前温度下获得的所述最优电容权重进行INL测试。本发明能够针对性解决电容误差引起的SARADC性能变差的问题。技术研发人员：薛忠营,王卓凡,董业民,郎莉莉受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/18