CN106788436A - 应用于saradc中的pip电容阵列的电压系数校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法，涉及PIP电容应用领域。应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法为：在PIP电容阵列中加入误差，用于抵消电压系数所带来的误差，完成PIP电容电压系数校准。本发明通过在SARADC中的PIP电容阵列中有规律的加入了误差来抵消PIP电容本征存在的电压系数所带来的误差，从而从系统层面提高整个SARADC的精度。

Description

应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法
技术领域
本发明涉及一种电压系数校准方法，特别涉及一种应用于SARADC中的PIP电容阵列电压系数校准方法，属于PIP电容应用领域。
背景技术
PIP(多晶硅-绝缘层-多晶硅)电容是在标准OTP(One-time Program)或FLASH芯片制造工艺中固有的一种电容类型，其使用的LAYER层次是生产必须经过的层次，因此在芯片设计时经常直接使用该类型的电容来实现各种功能。但是在一些电路设计中尤其是SARADC(逐次逼近寄存器型的模拟数字转换器)等检测精度要求较高的场合中，由于PIP电容存在电压系数较差的本征缺陷，会较大程度的限制SARADC所能达到的检测精度。而如果采用MIM电容，则往往需要增加芯片制造过程中的成本。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种提高SARADC转换精度的PIP电容阵列电压系数校准方法。
一种应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法为：在PIP电容阵列中加入误差，用于抵消电压系数所带来的误差，完成PIP电容电压系数校准。
优选的，所述在PIP电容阵列中加入误差包括：
获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差，根据该误差对PIP电容阵列中部分电容的大小进行调整。
优选的，所述部分电容表示工作在同一周期且压差相同的电容。
优选的，获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差的方法为：
获取SARADC中PIP电容阵列的电压参数；
PIP电容阵列从SARADC的采样阶段到转换阶段，根据电压参数，获取在转换阶段PIP电容阵列两端电压差，PIP电容阵列包括第一类电容和第二类电容；第一类电容在转换阶段的第一个周期接基准电压；第二类电容在转换阶段的第一个周期接地；
根据第一类电容两端电压差和第二类电容两端电压差，获取第一类电容和第二类电容的电容变化后的电容值；
根据第一类电容和第二类电容变化后的电容值，获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差。
优选的，在PIP电容阵列中加入误差的方法为：
减小第一类电容的电容值或增大第二类电容的电容值。
优选的，在PIP电容阵列中加入误差的方法为：
当第一类电容数量与第二类电容数量相等时，将第一类电容的电容值从初始电容值变为第二类电容变化后的电容值，第二类电容的电容值不变。
优选的，PIP电容阵列的电压参数包括：PIP电容一端连接的基准电压VREF，PIP电容一端连接的输入电压VIN，PIP电容另一端连接的电源正极输入电压VPOS，PIP电容的一阶电压系数VC1，PIP电容的二阶电压系数VC2，所述第一类电容与第二类电容的数目相同。
本发明的有益效果在于，本发明通过在SARADC中的PIP电容阵列中有规律的加入了误差来抵消PIP电容本征存在的电压系数所带来的误差，从而从系统层面提高整个SARADC的精度。
附图说明
图1为本发明所述的采用了PIP电容阵列的电压系数校准方法的SARADC的模块图；
图2为基于温度计码的SARADC的原理图；
图3为本发明进行电压系数校准的PIP电容阵列的电路原理图；
图4为未校准前的PIP电容阵列的误差曲线图；
图5为电压校准后的PIP电容阵列的误差曲线图；
图6为未校准前的PIP电容阵列的ADC码密度测试法得到的数据的曲线图，其中横坐标表示ADC输出码；
图7为采用电压校准后的PIP电容阵列的ADC码密度测试法得到的数据的曲线图；
图8为本发明所述的获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明基于如下发现：在SARADC中传统的PIP电容阵列通常都是每个单位电容大小完全一样的，结合到SARADC的具体工作过程中时，不同的周期对应的分配到电容阵列中每个电容两端的压差是不一样的。由于PIP电容电压系数的影响，对每个电容的容值造成了差异，从而引入了较大的误差。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明基于现有的PIP电容存在的缺陷，根据SARADC具体工作原理，将电容阵列中的部分电容大小进行微量调整，从而来抵消工作过程中PIP电容电压系数所带来的误差。
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法为：在PIP电容阵列中加入误差，用于抵消电压系数所带来的误差，完成PIP电容电压系数校准。
在本实施例中，通过在SARADC中的PIP电容阵列中有规律的加入了误差来抵消PIP电容本征存在的电压系数所带来的误差，从而从系统层面提高整个SARADC的精度。图2表示PIP电容阵列应用于温度计码的SARADC的原理图。
在优选的实施例中，在PIP电容阵列中加入误差包括：
获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差，根据该误差对PIP电容阵列中部分电容的大小进行调整。
进一步地，部分电容表示工作在同一周期且压差相同的电容。
如图8所示，在优选的实施例中，获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差的方法为：
S1.获取SARADC中PIP电容阵列的电压参数；
S2.PIP电容阵列从SARADC的采样阶段到转换阶段，根据电压参数，获取在转换阶段PIP电容阵列两端电压差，PIP电容阵列包括第一类电容和第二类电容；第一类电容在转换阶段的第一个周期接基准电压；第二类电容在转换阶段的第一个周期接地；
S3.根据第一类电容两端电压差和第二类电容两端电压差，获取第一类电容和第二类电容的电容变化后的电容值；
S4.根据第一类电容和第二类电容变化后的电容值，获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差。
优选实施例中，在PIP电容阵列中加入误差的方法为：减小第一类电容的电容值或增大第二类电容的电容值，消除电压系数对PIP电容阵列带来的误差。
改变了第一类电容的电容值或第二类电容的电容值，进而就影响了电压系数对PIP电容阵列带来的误差，改变的多少可以根据实际需求来定。
如图3所示，进一步地，PIP电容阵列的电压参数包括：PIP电容一端连接的基准电压VREF，PIP电容一端连接的输入电压VIN，PIP电容另一端连接的电源正极输入电压VPOS，PIP电容的一阶电压系数VC1，PIP电容的二阶电压系数VC2，第一类电容与第二类电容的数目相同。
在本实施例中，以HHGRACE0.18FLASH工艺为例，其PIP电容的一阶电压系数为：VC1＝-1.98198e-03，二阶电压系数为：VC2＝-2.14792e-04，PIP电容阵列包括64个PIP电容为例，其中每个PIP电容的电容值均相同为300fF，如图3所示，图中每个电容对应一对开关(如：开关SC0和开关SC0B,)。以此为条件分析SARADC工作工程中的一种典型情况，如VREF＝4V，VIN＝2V，VPOS＝3.5V。
在采样阶段，64个PIP电容两端压差为VIN-VPOS＝2-3.5＝-1.5V。采样周期结束，64个PIP电容先接到地，以使比较器正向端的电压变为0-(VIN-VPOS)＝1.5V，之后转换阶段，将64个PIP电容中的32个(即第一类电容)接到基准电压VREF，这32个PIP电容两端压差为另外32个PIP电容(即第二类电容)下极板接地，这32个PIP电容两端压差即64个PIP电容中有32个压差为3.5V，有32个压差为0.5V。此时电容分压，将电压系数考虑进去。
接VREF的32个PIP电容变为：
32*300fF*(1+0.5*VC1+0.52*VC2)＝9585.331488fF。
接VREF每个PIP电容值变为299.541609fF；
接地的32个PIP电容变为：
32*300fF*(1+3.5*VC1+3.52*VC2)＝9508.1459328fF；
接地的每个PIP电容值变为297.12956fF。
此时电容的分压得：理想值应该为2V，实际分压得的值为2.0081V，即引入了8.1mV的误差，依次类推。得到的误差曲线如图4所示。
在本实施例中，为了得到更高的转换精度，即要求对图4的曲线进行校准，以将图4的曲线有方向性的调整成图5的校准曲线，从而达到误差大幅度的减小，以提高了整个ADC的转换精度。通过前述的公式分析可以得到，只要将第一个周期接到VREF的32个PIP电容变小，即能使VREF得分压接近2V或者小于2V，在这里需要兼顾到VIN在整个输入范围内转换值的精度，因此将其设置为小于2V。对应的电路如图3所示。
在优选的实施例中，在PIP电容阵列中加入误差的方法为：
将第一类电容的电容值从初始电容值变为第二类电容变化后的电容值，第二类电容的电容值不变。
将PIP电容阵列中标号为0～31的32个PIP电容的容值从300fF变到297fF,0～31的PIP电容是ADC第一个比较周期中介VREF的电容，其余的标号为32～63的32个PIP电容保持300fF不变，即可达到校准的目的，重新代入上面分析过程中的公式，得到这时第一个周期VREF分压得到的电压值为1.9985V，即误差减小到了1.5mV。
对采用此方法前和此方法后的芯片进行测试得到的结果分别如图6和图7所示
通过对比数据可以得到，本发明采用的方法对ADC的精度有明显改善。INL从6.5LSB减小到1.5LSB，其中，INL表示积分非线性表示了ADC器件在所有的数值点上对应的模拟值和真实值之间误差最大的那一点的误差值，也就是输出数值偏离线性最大的距离，单位是LSB。
在优选的实施例中，在PIP电容阵列中加入误差的方法为：
将第二类电容的电容值从300fF增加到303fF，重新代入上面分析过程中的公式，得到这时第一个周期VREF分压得到的电压值为1.99813V，即误差减小到了1.8mV。
本发明通过对PIP电容电压系数的校准来获得精度更高的SARADC。在节约成本只使用PIP电容的场合下该方法有较高的实用价值。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法，其特征在于，所述方法为：在PIP电容阵列中加入误差，用于抵消电压系数所带来的误差，完成PIP电容电压系数校准。
2.根据权利要求1所述的应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法，其特征在于，所述在PIP电容阵列中加入误差包括：
获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差，根据该误差对PIP电容阵列中部分电容的大小进行调整。
3.根据权利要求2所述的应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法，其特征在于，所述部分电容表示工作在同一周期且压差相同的电容。
4.根据权利要求2所述的应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法，其特征在于，获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差的方法为：
获取SARADC中PIP电容阵列的电压参数；
PIP电容阵列从SARADC的采样阶段到转换阶段，根据电压参数，获取在转换阶段PIP电容阵列两端电压差，PIP电容阵列包括第一类电容和第二类电容；第一类电容在转换阶段的第一个周期接基准电压；第二类电容在转换阶段的第一个周期接地；
根据第一类电容两端电压差和第二类电容两端电压差，获取第一类电容和第二类电容的电容变化后的电容值；
根据第一类电容和第二类电容变化后的电容值，获取电压系数对PIP电容阵列带来的误差。
5.根据权利要求4所述的应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法，其特征在于，在PIP电容阵列中加入误差的方法为：
减小第一类电容的电容值或增大第二类电容的电容值。
6.根据权利要求6所述的应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法，其特征在于，
当第一类电容数量与第二类电容数量相等时，将第一类电容的电容值从初始电容值变为第二类电容变化后的电容值，第二类电容的电容值不变。
7.根据权利要求4所述的应用于SARADC中的PIP电容阵列的电压系数校准方法，其特征在于，PIP电容阵列的电压参数包括：PIP电容一端连接的基准电压VREF，PIP电容一端连接的输入电压VIN，PIP电容另一端连接的电源正极输入电压VPOS，PIP电容的一阶电压系数VC1，PIP电容的二阶电压系数VC2，所述第一类电容与第二类电容的数目相同。
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