CN108631785B - 一种连续时间δ-σ模数转换器及其系数校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种连续时间数模转换器及其系数校准方法，连续时间Δ‑Σ模数转换器至少包括：电压比较器和数字控制器；该方法包括：在预先设置的校准模式下，电压比较器将预先获取到的第一校准信号和预先设置的参考信号进行比较；数字控制器根据第一校准信号和参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对连续时间Δ‑Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准；其中，比较结果包括：高电平信号或者低电平信号。

Description

一种连续时间Δ-Σ模数转换器及其系数校准方法

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，尤其涉及一种连续时间Δ-Σ模数转换器及其系数校准方法。

背景技术

在许多电子应用中，模拟输入信号被转换为数字输出信号。例如，在精密测量系统中，电子装置被设置一个或者多个传感器以进行测量，并且这些传感器可产生模拟信号，该模拟信号然后将被提供到模数转换器(ADC)的输入，以产生数字输出信号，以便进一步处理。

在无线通信应用中，Δ-Σ模数转换器包括：连续时间Δ-Σ模数转换器和离散时间Δ-Σ模数转换器。与离散时间Δ-Σ模数转换器相比，连续时间Δ-Σ模数转换器能够以较低的采样分辨率和较高的采样速率将其输入的模拟信号数字化。具体地，连续时间Δ-Σ模数转换器的电路结构是由模拟电路和数字电路两部分构成，其中，模拟电路部分是一个Δ-Σ调制器，以远大于奈奎斯特频率的采样率对模拟信号进行采样和量化；数字电路部分是一个数字滤波器，滤除大部分经过Δ-Σ调制器整形后的量化噪声，实现低通滤波和减少取样的功能。连续时间Δ-Σ模数转换器具有抗混叠特性且对于工艺偏差不敏感，有利于射频接收机的应用。与离散时间Δ-Σ模数转换器相比，连续时间Δ-Σ模数转换器降低了对运算放大器的带宽要求，在直流和低频信号的测量中有着较为突出的表现。

在连续时间Δ-Σ模数转换器的应用过程中，对其系数进行校准是必不可少的。这是因为：在连续时间Δ-Σ模数转换器的应用过程中，存在工艺偏差与工作条件变化的情况，这时连续时间Δ-Σ模数转换器的系数就会产生偏差，系数的偏差则会导致连续时间Δ-Σ模数转换器中传输函数和噪声函数的不准确，这样不但影响了连续时间Δ-Σ模数转换器的转换效果和稳定性，而且还降低了连续时间Δ-Σ模数转换器的转换精度。

现有的连续时间Δ-Σ模数转换器中的系数校准方法主要包括以下两种：

第一、使用独立的校准电路对连续时间Δ-Σ模数转换器的电阻电容乘积以及连续时间Δ-Σ模数转换器中的反馈数模转换器(DAC)的电流做校准，通过校准后的电阻或电容的校准控制字来控制连续时间Δ-Σ模数转换器中的主电路，最后把校准后的电流提供给连续时间Δ-Σ模数转换器中的反馈数模转换器；第二、使用独立的电路监测连续时间Δ-Σ模数转换器的输出信号，根据频率响应调整连续时间Δ-Σ模数转换器的系数。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有的连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准方法都需要一个独立于连续时间Δ-Σ模数转换器的校准电路，且校准电路中器件的偏差和连续时间Δ-Σ模数转换器主电路不完全一致，不仅使连续时间Δ-Σ模数转换器的系数的校准精度难以保证，而且增加了连续时间Δ-Σ模数转换器的生产成本。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明实施例期望提供一种连续时间Δ-Σ模数转换器及其系数校准方法，不仅能够提高连续时间Δ-Σ模数转换器的系数的校准精度，而且可以节省连续时间Δ-Σ模数转换器的生产成本。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准方法，所述连续时间Δ-Σ模数转换器至少包括：电压比较器和数字控制器；所述方法包括：

当处于预先设置的校准模式时，所述电压比较器将预先获取到的第一校准信号和参考信号进行比较；

所述数字控制器根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对所述连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准；其中，所述比较结果包括：高电平信号或者低电平信号。

在上述实施例中，所述连续时间Δ-Σ模数转换器还包括：数模转换器以及与所述数模转换器串联相接的电流积分器；在所述电压比较器将预先获取到的校准信号和参考信号进行比较之前，所述方法还包括：

所述电流积分器通过所述数模转换器接收预先生成的第二校准信号，将所述第二校准信号转换为所述第一校准信号；

所述电流积分器通过所述数模转换器将所述第一校准信号发送给所述电压比较器。

在上述实施例中，所述数字控制器根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对所述连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准，包括：

所述数字控制器根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果确定目标比较结果；

所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准参数确定全部待校准系数对应的校准控制字；其中，所述校准参数包括：初始校准控制字和调整步长；

所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准控制字对全部待校准系数进行校准。

在上述实施例中，所述数字控制器根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果确定目标比较结果，包括：

当所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果为多个时，所述数字控制器统计全部比较结果中所述高电平信号和所述低电平信号的出现次数；

当所述高电平信号的出现次数大于所述低电平信号的出现次数时，确定所述高电平信号为所述目标比较结果；

当所述高电平信号的出现次数小于所述低电平信号的出现次数时，确定所述低电平信号为所述目标比较结果。

在上述实施例中，所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准参数确定全部待校准系数对应的校准控制字，包括：

当所述目标比较结果为所述高电平信号时，所述数字控制器将所述初始校准控制字减小所述调整步长；

当所述目标比较结果为所述低电平信号时，所述数字控制器将所述初始校准控制字增大所述调整步长。

在上述实施例中，所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准控制字对全部待校准系数进行校准，包括：

当所述目标比较结果为所述高电平信号时，所述数字控制器将全部待校准系数减小所述校准控制字；

当所述目标比较结果为所述低电平信号时，所述数字控制器将全部待校准系数增大所述校准控制字。

本发明实施例还提供了一种连续时间Δ-Σ模数转换器，所述连续时间Δ-Σ模数转换器至少包括：电压比较器和数字控制器；其中，

所述电压比较器，用于当处于预先设置的校准模式时，将预先获取到的第一校准信号和参考信号进行比较；

所述数字控制器，用于根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对所述连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准；其中，所述比较结果包括：高电平信号或者低电平信号。

在上述实施例中，所述连续时间Δ-Σ模数转换器还包括：数模转换器以及与所述数模转换器串联相接的电流积分器；其中，

所述电流积分器，用于通过所述数模转换器接收预先生成的第二校准信号，将所述第二校准信号转换为所述第一校准信号；通过所述数模转换器将所述第一校准信号发送给所述电压比较器。

在上述实施例中，所述数字控制器包括：确定单元和校准单元；其中，

所述确定单元，用于根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果确定目标比较结果；所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准参数确定全部待校准系数对应的校准控制字；其中，所述校准参数包括：初始校准控制字和调整步长；

所述校准单元，用于根据所述目标比较结果和所述校准控制字对全部待校准系数进行校准。

在上述实施例中，所述确定单元包括：统计子单元和确定子单元；其中，

所述统计子单元，用于当所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果为多个时，统计全部比较结果中所述高电平信号和所述低电平信号的出现次数；

所述确定子单元，用于当所述高电平信号的出现次数大于所述低电平信号的出现次数时，确定所述高电平信号为所述目标比较结果；当所述高电平信号的出现次数小于所述低电平信号的出现次数时，确定所述低电平信号为所述目标比较结果。

在上述实施例中，所述确定单元，具体用于当所述目标比较结果为所述高电平信号时，将所述初始校准控制字减小所述调整步长；当所述目标比较结果为所述低电平信号时，将所述初始校准控制字增大所述调整步长。

在上述实施例中，所述校准单元，具体用于当所述目标比较结果为所述高电平信号时，将全部待校准系数减小所述校准控制字；当所述目标比较结果为所述低电平信号时，将全部待校准系数增大所述校准控制字。

由此可见，本发明的技术方案中，连续时间Δ-Σ模数转换器至少包括：电压比较器和数字控制器；在预先设置的校准模式下，电压比较器先将预先获取到的第一校准信号和参考信号进行比较，然后数字控制器根据第一校准信号和参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准。也就是说，本发明的技术方案中，通过在连续时间Δ-Σ模数转换器中电压比较器和数字控制器即可实现对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准。而在现有技术中，需要一个独立于连续时间Δ-Σ模数转换器的校准电路才能耗实现对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准。因此，和现有技术相比，本发明实施例提供的连续时间Δ-Σ模数转换器，不仅能够提高连续时间Δ-Σ模数转换器的系数的校准精度，而且可以节省连续时间Δ-Σ模数转换器的生产成本；并且，本发明实施例的技术方案实现简单方便、便于普及，适用范围更广。

附图说明

图1为本发明实施例中连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准方法的实现流程示意图；

图2为本发明实施例中连续时间Δ-Σ模数转换器的电路结构示意图；

图3为本发明实施例的偏置电路的电路结构示意图；

图4为本发明实施例中数字控制器对全部待校准系数进行校准的实现方法流程示意图；

图5为本发明实施例中连续时间Δ-Σ模数转换器的第一组成结构示意图；

图6为本发明实施例中连续时间Δ-Σ模数转换器的第二组成结构示意图。

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。

图1为本发明实施例中连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准方法的实现流程示意图。如图1所示，连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准方法可以包括以下步骤：

步骤101、当处于预先设置的校准模式时，电压比较器将预先获取到的第一校准信号和参考信号进行比较。

在本发明的具体实施例中，连续时间Δ-Σ模数转换器可以处于预先设置的两种工作模式：校准模式和非校准模式。具体地，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于校准模式时，连续时间Δ-Σ模数转换器可以通过其中电压比较器和数字控制器实现对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于非校准模式时，连续时间Δ-Σ模数转换器可以通过其中的数模转换器、电压比较器以及与数模转换器串联相接的电流积分器实现对输入连续时间Δ-Σ模数转换器的模拟信号进行模数转换。

图2为本发明实施例中连续时间Δ-Σ模数转换器的电路结构示意图。如图2所示，连续时间Δ-Σ模数转换器可以包括：数模转换器DAC1、数模转换器DAC2、数模转换器DAC3，电压比较器，数字控制器以及分别与数模转换器DAC1和数模转换器DAC2串联相接的电流积分器AMP1和电流积分器AMP2。当连续时间Δ-Σ模数转换器处于校准模式时，数模转换器DAC2、电压比较器、数字控制器以及电流积分器AMP2处于工作状态，而数模转换器DAC1、数模转换器DAC3以及电流积分器AMP1处于不工作状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于非校准模式时，数模转换器DAC1、数模转换器DAC2、数模转换器DAC3、电压比较器、电流积分器AMP1以及电流积分器AMP2全部处于工作状态。

在本发明的具体实施例中，连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准原理与现有连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准原理一致，即：当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，连续时间Δ-Σ模数转换器保证各个电流积分器对应的电阻和电容的乘积不变，同时还要保证各个数模转换器对应的电流和电阻的乘积不变。

具体地，在本发明的具体实施例中，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，使能信号ccal_enb可以控制数模转换器DAC1和电流积分器AMP1处于不工作状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，使能信号ccal_enb可以控制数模转换器DAC1和电流积分器AMP1处于工作状态。具体地，使能信号ccal_enb可以控制电流积分器AMP1与电流积分器AMP2之间的开关S1和开关S2打开或者关闭。当使能信号ccal_enb为低电平时，使能信号ccal_enb控制开关S1和开关S2打开；当使能信号ccal_enb为高电平时，使能信号ccal_enb控制开关S1和开关S2关闭。因此，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，数模转换器DAC1和电流积分器AMP1处于不工作状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，数模转换器DAC1和电流积分器AMP1处于工作状态。

具体地，在本发明的具体实施例中，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，使能信号dac2_en可以控制数模转换器DAC2处于工作状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，使能信号dac2_en可以控制数模转换器DAC2处于不工作状态。当使能信号dac2_en为高电平时，使能信号dac2_en控制数模转换器DAC2处于工作状态；当使能信号dac2_en为低电平时，使能信号dac2_en控制数模转换器DAC2处于不工作状态。因此，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，数模转换器DAC2处于工作状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，数模转换器DAC2处于不工作状态。

具体地，在本发明的具体实施例中，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，使能信号dac3_en可以控制数模转换器DAC3处于不工作状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，使能信号dac2_en可以控制数模转换器DAC3处于工作状态。当使能信号dac3_en为低电平时，使能信号dac3_en控制数模转换器DAC3处于不工作状态；当使能信号dac3_en为高电平时，使能信号dac3_en控制数模转换器DAC3处于工作状态。因此，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，数模转换器DAC3处于不工作状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，数模转换器DAC3处于工作状态。

此外，在本发明的具体实施例中，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，使能信号ccal_enb还可以控制电流积分器AMP2的负输出端与电压比较器的正输入端处于连通状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，使能信号ccal_enb还可以控制电流积分器AMP2的负输出端与电压比较器的正输入端处于断开状态。具体地，使能信号ccal-enb可以控制电流积分器AMP2的负输出端与电压比较器的正输入端之间的开关S5打开或者关闭。当使能信号ccal_enb为低电平时，使能信号ccal_enb控制开关S5打开；当使能信号ccal_enb为高电平时，使能信号ccal_enb控制开关S5关闭。因此，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，电流积分器AMP2的负输出端与电压比较器的正输入端处于连通状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，电流积分器AMP2的负输出端与电压比较器的正输入端处于断开状态。

具体地，在本发明的具体实施例中，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，使能信号ccal_en可以控制电流积分器AMP2的正输出端与电压比较器的负输入端处于连通状态，且参考电压Vref接入电压比较器的正输入端；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，使能信号ccal_en可以控制电流积分器AMP2的正输入端与电压比较器的负输入端处于断开状态，且参考电压Vref不接入电压比较器的正输入端。具体地，使能信号ccal_en可以控制电流积分器AMP2的正输出端与电压比较器的负输入端之间的开关S3打开或者关闭，使能信号ccal_en可以控制参考电压Vref是否接入电压比较器的正输入端。当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，使能信号ccal_en为高电平，使能信号ccal_en控制开关S3关闭，使能信号ccal_en控制开关S4关闭；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，使能信号ccal_en为低电平，使能信号ccal_en控制开关S3打开，使能信号ccal_en控制开关S4打开。因此，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，电流积分器AMP2的正输出端与电压比较器的负输入端处于连通状态，且参考电压Vref接入电压比较器的正输入端；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，电流积分器AMP2的正输入端与电压比较器的负输入端处于断开状态，且参考电压Vref不接入电压比较器的正输入端。

具体地，在本发明的具体实施例中，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，使能信号ccal_enb和时钟信号CLK可以控制数模转换器DAC2与电流积分器AMP2处于连通状态或者断开状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，使能信号ccal_enb可以控制数模转换器DAC2与电流积分器AMP2一直处于连通状态。具体地，使能信号ccal-enb和时钟信号CLK可以控制数模转换器DAC2与电流积分器AMP2之间的开关S10和S11打开或者关闭。当使能信号ccal_enb为低电平且时钟信号CLK为高电平时，使能信号ccal_enb和时钟信号CLK控制开关S10和S11关闭，当使能信号ccal_enb为低电平且时钟信号CLK为低电平时，使能信号ccal_enb和时钟信号CLK控制开关S10和S11打开；当使能信号ccal_enb为高电平时，使能信号ccal_enb控制开关S10和S11一直关闭。因此，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，数模转换器DAC2与电流积分器AMP2处于连通状态或者断开状态；当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的非校准模式时，数模转换器DAC2与电流积分器AMP2一直处于连通状态。

具体地，在本发明的具体实施例中，电流积分器AMP2在通过数模转换器DAC2接收到预先生成的第二校准信号Iref_ccal后，电流积分器AMP2可以在T/2时刻时输出转换后的第一校准信号Voutp_amp2到电压比较器，即：电流积分器AMP2在T/2时长后输出的为第一校准信号Voutp_amp2。具体地，在本发明的具体实施例中，第一校准信号Voutp_amp2的表达式可以为：

Voutp_amp2＝(Iref_ccal×T)/(2×C2)+Vcm

其中，Iref_ccal为第二校准信号；T为时钟信号CLK的周期；C2为电流积分器AMP2所对应的电容；Vcm为生成第二校准信号时产生的共模电压。

较佳地，在本发明的具体实施例中，在连续时间Δ-Σ模数转换器中还可以包括：偏置电路和电流镜电路；其中，偏置电路可以预先生成电流信号Iref并输入到电流镜电路；电流镜电路在将电流信号Iref镜像处理后输出第二校准信号Iref_ccal到数模转换器DAC2。

图3为本发明实施例中偏置电路的电路结构示意图。如图3所示，偏置电路由以下三部分组成，分别是：电流积分器、场效应管和分压电阻串。例如，偏置电路可以包括：电流积分器AMP3、场效应管PM0、PM1、PM2、PM3，以及R4、R5、R6组成的分压电阻串。在上述偏置电路中，假如给电流积分器AMP3的输入端接入基准电压源Vbg，偏置电路中电阻R4和R5之间为共模电压，电阻R5和R6之间为参考电压，且场效应管PM0上产生电流信号Iref的表达式可以为：

Iref＝Vbg/(R4+R5+R6)

其中，Vbg为预先设置的基准电压源；R4、R5和R6为预先设置的三个电阻；根据上式分析可知，因为基准电压源Vbg为定值，所以电流信号Iref与电阻R4、R5、R6之和的乘积也为定值。当连续时间Δ-Σ模数转换器中的全部电阻为与电阻R4、R5、R6相同类型的电阻时，可以保证连续时间Δ-Σ模数转换器中的所有电阻由于工艺和温度引起的偏差一致。

在本发明的具体实施例中，电流镜电路通过偏置电路可以得到电流信号Iref，之后电流镜电路再将电流信号Iref镜像处理，输出第二校准信号Iref_ccal表达式可以为：

Iref_ccal＝(m×Vbg)/(R4+R5+R6)

其中，m为在电流镜电路中预先设置的电流Iref的放大倍数；Vbg为在偏置电路中预先设置的基准电压源；R4、R5、R6为在偏置电路中预先设置的三个电阻。由于偏置电路中基准电压源Vbg为预先设置的定值，因此，偏置电路中电流Iref与电阻R4、R5、R6之和的乘积为定值，即电流Iref随电阻R4、R5、R6之和同比例反向改变，所以，电流Iref通过电流镜电路放大m倍后的第二校准信号Iref_ccal也随电阻R4、R5、R6之和同比例反向改变，即第二校准信号Iref_ccal随其所在电路的电阻同比例反向改变。电流镜电路将第二校准信号Iref_ccal提供给数模转换器DAC1、数模转换器DAC2、数模转换器DAC3，即可保证连续时间Δ-Σ模数转换器中各个数模转换器对应的电流和电阻的乘积不变。

根据上述分析可知，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，电流积分器AMP2可以通过数模转换器DAC2接收由偏置电路和电流镜电路产生的第二校准信号Iref_ccal，在T/2时长后，输出第一校准信号Voutp_amp给电压比较器。

在本发明的具体实施例中，电压比较器在接收到电流积分器的输出信号时，可将电流积分器的输出信号与电压比较器正输入端接入的预先设置的参考信号进行比较，并将输出比较结果输出至数字控制器。

在本发明的具体实施例中，电压比较器可以对从其负输入端输入的参考电压Vref和正输入端输入的电流积分器AMP2输出的第一校准信号Voutp_amp2在预先设置的时钟信号CLK的下降沿时刻进行比较并输出比较结果。当电流积分器AMP2输出的第一校准信号Voutp_amp2小于参考电压Vref时，电压比较器的输出端可以输出一个高电平信号；当电流积分器AMP2输出的第一校准信号Voutp_amp2大于参考电压Vref时，电压比较器的输出端可以输出一个低电平信号。

较佳地，在本发明的具体实施例中，当电压比较器在将电流积分器AMP2输出的第一校准信号Voutp_amp2和参考电压Vref进行比较时，预先设置的复位时钟信号CLKN可以控制电流积分器AMP2处于工作状态或者不工作状态。具体地，复位时钟信号CLKN可以控制与电流积分器AMP2连接的开关S6、S7、S8和S9打开或者关闭。当复位时钟信号CLKN为高电平时，复位时钟信号CLKN控制开关S6、S7、S8和S9关闭；当复位时钟信号CLKN为低电平时，复位时钟信号CLKN控制开关S6、S7、S8和S9打开。因此，当复位时钟信号CLKN为高电平时，复位时钟信号CLK控制电流积分器AMP2处于不工作状态；当复位时钟信号CLKN为低电平时，复位时钟信号CLK控制电流积分器AMP2处于工作状态。其中，复位时钟信号CLKN和时钟信号CLK反相不交叠，且复位时钟信号CLKN与时钟信号CLK的周期是相同的。

步骤102、数字控制器根据第一校准信号和参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准；其中，比较结果包括：高电平信号或者低电平信号。

在本发明的具体实施例中，在电压比较器输出第一校准信号Voutp_amp2和参考电压Vref的比较结果后，数字控制器可以根据电压比较器输出的比较结果对全部待校准系数进行校准。图4为本发明实施例中数字控制器对全部待校准系数进行校准的实现方法流程示意图。如图4所示，数字控制器对全部待校准系数进行校准的方法可以包括以下步骤：

步骤102a、数字控制器根据第一校准信号和参考信号的比较结果确定目标比较结果。

在本发明的具体实施例中，数字控制器在获取到第一校准信号和参考信号的比较结果之后，数字控制器可以根据第一校准信号和参考信号的比较结果先确定目标比较结果。较佳地，电压比较器在时钟信号CLK的每一个下降沿时刻都可以对第一校准信号Voutp_amp2和参考信号Vref进行比较，并输出多个比较结果。因此，数字控制器可以根据多个比较结果确定目标比较结果。具体地，在本发明的具体实施例中，当第一校准信号Voutp_amp2和参考信号Vref的比较结果为一个时，数字控制器可以将该校准信号确定为目标校准信号；当第一校准信号Voutp_amp2和参考信号Vref的比较结果为多个时，数字控制器可以先统计全部比较结果中高电平信号和低电平信号的出现次数，当高电平信号的出现次数大于低电平信号的出现次数时，数字控制器确定高电平信号为目标比较结果；当高电平信号的出现次数小于低电平信号的出现次数时，数字控制器确定低电平信号为目标比较结果。

较佳地，在本发明的具体实施例中，当第一校准信号Voutp_amp2和参考电压Vref的比较结果为多个时，数字控制器可以先在全部比较结果中选择部分比较结果，然后根据选择的部分比较结果确定目标比较结果。具体地，数字控制器可以在全部比较结果中选择中间位置的比较结果用来确定目标比较结果，这样能够保证数字控制器输出的校准控制字更为准确。例如，电压比较器连续输出9个比较结果，数字控制器可以先在这9个比较结果中选择第3个至第7个比较结果；然后根据这5个比较结果确定目标比较结果。

步骤102b、数字控制器根据目标比较结果和校准参数确定全部待校准系数对应的校准控制字。

在本发明的具体实施例中，数字控制器中预先设置的校准参数为初始校准控制字和调整步长，数字控制器根据获取到的目标比较结果和预先设置的初始校准控制字和调整步长就能够确定输出的校准控制字。

具体地，在本发明的具体实施例中，数字控制器确定的目标比较结果包括：高电平信号或者低电平信号。数字控制器第一次计算校准控制字时，当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器将初始校准控制字减小预先设置的调整步长；当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器将初始校准控制字增大预先设置调整步长。数字控制器第K次计算校准控制字时，当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器将第K-1次计算后的校准控制字减小预先设置的调整步长；当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器将第K-1次计算后的校准控制字增大预先设置调整步长。

较佳地，在本发明的具体实施例中，还可以通过调整电路，将参考电压Vref接入电压比较器的负输入端，第一校准信号Voutp_amp2接入电压比较器的正输入端。数字控制器第一次计算校准控制字时，当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器将初始校准控制字增大预先设置的调整步长；当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器将初始校准控制字减小预先设置调整步长。数字控制器第K次计算校准控制字时，当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器将第K-1次计算后的校准控制字增大预先设置的调整步长；当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器将第K-1次计算后的校准控制字减小预先设置调整步长；其中，K为大于等于2的自然数。

具体地，在本发明的具体实施例中，校准参数可以包括：初始校准控制字和调整步长；另外，目标比较结果可以为高电平信号，或者，目标比较结果也可以为低电平信号；其中，当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器可以将初始校准控制字减小调整步长；当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器可以将初始校准控制字增大调整步长。举例说明，假设校准参数中的初始校准控制字为：10；校准参数中的调整步长为：2。当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器可以将初始校准控制字10减小调整步长2，得到全部待校准系数对应的校准控制字为8；当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器可以将初始校准控制字10增大调整步长2，得到全部待校准系数对应的校准控制字为12。

较佳地，在本发明的具体实施例中，还可以通过调整电路，将参考电压Vref接入电压比较器的负输入端，第一校准信号Voutp_amp2接入电压比较器的正输入端。当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器可以将初始校准控制字减小调整步长；当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器可以将初始校准控制字增大调整步长。

步骤102c、数字控制器根据目标比较结果和校准控制字对全部待校准系数进行校准。

在本发明的具体实施例中，数字控制器在获取到目标比较结果和校准控制字之后，数字控制器可以根据目标比较结果和校准控制字对全部待校准系数进行校准。

具体地，在本发明的具体实施例中，校准参数可以包括：初始校准控制字和调整步长；另外，目标比较结果可以为高电平信号，或者，目标比较结果也可以为低电平信号；当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器可以将连续时间Δ-Σ模数转换器中的电容C1和C2增加校准控制字；当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器可以将连续时间Δ-Σ模数转换器中的电容C1和C2减小校准控制字。举例说明，假设通过步骤102b得到的校准控制字为：10。当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器可以将连续时间Δ-Σ模数转换器中的电容C1和C2的值减小10，当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器可以将连续时间Δ-Σ模数转换器中的电容C1和C2的值增加10。其中，电容C1和C2为可调电容，打开或关闭电容C1和C2电容阵列的部分开关即可调节电容C1和C2的大小。

较佳地，在本发明的具体实施例中，还可以通过调整电路，将参考电压Vref接入电压比较器的负输入端，第一校准信号Voutp_amp2接入电压比较器的正输入端。当目标比较结果为高电平信号时，数字控制器可以将连续时间Δ-Σ模数转换器中的电容C1和C2增加校准控制字；当目标比较结果为低电平信号时，数字控制器可以将连续时间Δ-Σ模数转换器中的电容C1和C2减小校准控制字。

较佳地，在本发明的具体实施例中，在当前目标比较结果与前一个目标比较结果相比，发生改变时，电容C1和C2的校准结束。其中，当前目标比较结果与前一个目标结果相比发生改变，包括以下两种情况：前一个目标比较结果为高电平信号，当前目标比较结果为低电平信号；或者，前一目标比较结果为低电平信号，当前目标比较结果为高电平信号。

在本发明的具体实施例中，当电容C1和C2校准结束时，电流积分器AMP2输出的第一校准信号Voutp_amp2和参考电压Vref无限接近，判定电流积分器AMP2输出的第一校准信号Voutp_amp2和参考电压Vref相等。

较佳地，在本发明的具体实施例中，根据偏置电路可以得到参考电压Vref的表达式可以为：

Vref＝Vcm+(R5)/(R4+R5+R6)

较佳地，将步骤101中校准电流Iref_ccal的表达式代入到第一校准信号Voutp_amp2的表达式中，代入后第一校准信号Voutp_amp2的表达式可以为：

Voutp_amp2＝(m×Vbg×T)/(2×C2×(R4+R5+R6))+Vcm

当第一校准信号和参考信号的值相等时，可以得到：

R5×C2＝(m×Vbg×T)/2

根据上式可知，校准后的第一校准信号Voutp_amp2和参考电压Vref相等，实际上就是上式成立。由于上式中的放大倍数m、参考电压Vbg和时钟信号CLK的周期T都为预先设置的定值，所以保证了电阻R5和电容C2的乘积为定值。在同一个连续时间Δ-Σ模数转换器中，同类型的电阻随工艺与温度等外界因素产生变化的程度基本一致，如果保证了电阻R5与电容C2的乘积不变，就可保证电阻R2与电容C2的乘积不变，也可保证根据同一校准控制字调整的电容C1和电阻R1的乘积不变，由此实现了连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准中保证各个电流积分器对应的电阻和电容乘积不变这一目的。

通过上述步骤101～103，当连续时间Δ-Σ模数转换器处于预先设置的校准模式时，连续时间Δ-Σ模数转换器可以通过其自身相关器件对自身系数进行校准，而不需要独立的校准电路对自身系数进行校准。因此，避免了因独立的校准电路和主电路工艺或工作环境不一致，导致的校准结果的偏差，不仅实现了连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准，而且提高了校准精度，节省了生产成本。

本发明实施例提供的连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准方法，连续时间Δ-Σ模数转换器至少包括：数模转换器、电压比较器、数字控制器以及与数模转换器串联相接的电流积分器；在预先设置的校准模式下，电压比较器将预先获取到的第一校准信号和预先设置的参考信号进行比较，然后数字控制器根据第一校准信号和参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准。也就是说，本发明的连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准方法，通过在连续时间Δ-Σ模数转换器中的电压比较器和数字控制器即可实现对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准。而在现有技术中，需要一个独立于连续时间Δ-Σ模数转换器的校准电路才能耗实现对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准。因此，和现有技术相比，本发明实施例提供的连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准方法，不仅能够提高连续时间Δ-Σ模数转换器的系数的校准精度，而且可以节省连续时间Δ-Σ模数转换器的生产成本；并且，本发明实施例的技术方案实现简单方便、便于普及，适用范围更广。

图5为本发明实施例中连续时间Δ-Σ模数转换器的第一组成结构示意图。如图5所示，所述连续时间Δ-Σ模数转换器至少包括：电压比较器501和数字控制器502；其中，

所述电压比较器501，用于在预先设置的校准模式时，将预先获取到的第一校准信号和参考信号进行比较；

所述数字控制器502，用于根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对所述连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准；其中，所述比较结果包括：高电平信号或者低电平信号。

进一步的，所述连续时间Δ-Σ模数转换器还包括：数模转换器503以及与所述数模转换器503串联相接的电流积分器504；其中，

所述电流积分器504，用于通过所述数模转换器503接收预先生成的第二校准信号，将所述第二校准信号转换为所述第一校准信号；用于通过所述数模转换器503将所述第一校准信号发送给所述电压比较501。

图6为本发明实施例中连续时间Δ-Σ模数转换器的第二组成结构示意图。如图6所示，所述数字控制器502包括：确定单元5021和校准单元5022；其中，

所述确定单元5021，用于根据所述第一校准信号和所述参考信号比较结果为确定目标比较结果；用于根据所述目标比较结果和所述校准参数确定全部待校准系数对应的校准控制字；其中，所述校准参数包括：初始校准控制字和调整步长；

所述校准单元5022，用于根据所述目标比较结果和所述校准控制字对全部待校准系数进行校准。

进一步的，所述确定单元5021包括：统计子单元(图中未示出)和确定子单元(图中未示出)；其中，

所述统计子单元，用于当所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果为多个时，统计全部比较结果统计中所述高电平信号和所述低电平信号的出现次数；

所述确定子单元，用于当所述高电平信号的出现次数大于所述低电平信号的出现次数时，确定所述高电平信号为所述目标比较结果；当所述高电平信号的出现次数小于所述低电平信号的出现次数时，确定所述低电平信号为所述目标比较结果。

进一步的，所述确定单元5021，具体用于当所述目标比较结果为所述高电平信号时，将所述初始校准控制字减小所述调整步长；当所述目标比较结果为所述低电平信号时，将所述初始校准控制字增大所述调整步长。

进一步的，所述校准单元5022，具体用于当所述目标比较结果为所述高电平信号时，将全部待校准系数减小所述校准控制字；当所述目标比较结果为所述低电平信号时，将全部待校准系数增大所述校准控制字。

本发明实施例提供的连续时间Δ-Σ模数转换器，至少包括：电压比较器和数字控制器；在预先设置的校准模式下，电压比较器将预先获取到的第一校准信号和预先设置的参考信号进行比较，然后数字控制器根据第一校准信号和参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准。也就是说，本发明的连续时间Δ-Σ模数转换器，通过在连续时间Δ-Σ模数转换器中的电压比较器和数字控制器即可实现对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准。而在现有技术中，需要一个独立于连续时间Δ-Σ模数转换器的校准电路才能耗实现对连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准。因此，和现有技术相比，本发明实施例提供的连续时间Δ-Σ模数转换器，不仅能够提高连续时间Δ-Σ模数转换器的系数的校准精度，而且可以节省连续时间Δ-Σ模数转换器的生产成本；并且，本发明实施例的技术方案实现简单方便、便于普及，适用范围更广。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连续时间Δ-Σ模数转换器的系数校准方法，其特征在于，所述连续时间Δ-Σ模数转换器至少包括：电压比较器和数字控制器；所述方法包括：

当处于预先设置的校准模式时，所述电压比较器将预先获取到的第一校准信号和参考信号进行比较；

所述数字控制器根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对所述连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准；其中，所述比较结果包括：高电平信号或者低电平信号；

其中，所述数字控制器根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对所述连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准，包括：

所述数字控制器根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果确定目标比较结果；

所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准参数确定全部待校准系数对应的校准控制字；其中，所述校准参数包括：初始校准控制字和调整步长；

所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准控制字对全部待校准系数进行校准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连续时间Δ-Σ模数转换器还包括：数模转换器以及与所述数模转换器串联相接的电流积分器；在所述电压比较器将预先获取到的校准信号和参考信号进行比较之前，所述方法还包括：

所述电流积分器通过所述数模转换器接收预先生成的第二校准信号，将所述第二校准信号转换为所述第一校准信号；

所述电流积分器通过所述数模转换器将所述第一校准信号发送给所述电压比较器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字控制器根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果确定目标比较结果，包括：

当所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果为多个时，所述数字控制器统计全部比较结果中所述高电平信号和所述低电平信号的出现次数；

当所述高电平信号的出现次数大于所述低电平信号的出现次数时，确定所述高电平信号为所述目标比较结果；

当所述高电平信号的出现次数小于所述低电平信号的出现次数时，确定所述低电平信号为所述目标比较结果。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准参数确定全部待校准系数对应的校准控制字，包括：

当所述目标比较结果为所述高电平信号时，所述数字控制器将所述初始校准控制字减小所述调整步长；

当所述目标比较结果为所述低电平信号时，所述数字控制器将所述初始校准控制字增大所述调整步长。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准控制字对全部待校准系数进行校准，包括：

当所述目标比较结果为所述高电平信号时，所述数字控制器将全部待校准系数减小所述校准控制字；

当所述目标比较结果为所述低电平信号时，所述数字控制器将全部待校准系数增大所述校准控制字。

6.一种连续时间Δ-Σ模数转换器，其特征在于，所述连续时间Δ-Σ模数转换器至少包括：电压比较器和数字控制器；其中，

所述电压比较器，用于当处于预先设置的校准模式时，将预先获取到的第一校准信号和参考信号进行比较；

所述数字控制器，用于根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果和预先设定的校准参数对所述连续时间Δ-Σ模数转换器中预先设置的全部待校准系数进行校准；其中，所述比较结果包括：高电平信号或者低电平信号；

所述数字控制器包括：确定单元和校准单元；其中，

所述确定单元，用于根据所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果确定目标比较结果；所述数字控制器根据所述目标比较结果和所述校准参数确定全部待校准系数对应的校准控制字；其中，所述校准参数包括：初始校准控制字和调整步长；

所述校准单元，用于根据所述目标比较结果和所述校准控制字对全部待校准系数进行校准。

7.根据权利要求6所述的连续时间Δ-Σ模数转换器，其特征在于，所述连续时间Δ-Σ模数转换器还包括：数模转换器以及与所述数模转换器串联相接的电流积分器；其中，

所述电流积分器，用于通过所述数模转换器接收预先生成的第二校准信号，将所述第二校准信号转换为所述第一校准信号；通过所述数模转换器将所述第一校准信号发送给所述电压比较器。

8.根据权利要求6所述的连续时间Δ-Σ模数转换器，其特征在于，所述确定单元包括：统计子单元和确定子单元；其中，

所述统计子单元，用于当所述第一校准信号和所述参考信号的比较结果为多个时，统计全部比较结果中所述高电平信号和所述低电平信号的出现次数；

所述确定子单元，用于当所述高电平信号的出现次数大于所述低电平信号的出现次数时，确定所述高电平信号为所述目标比较结果；当所述高电平信号的出现次数小于所述低电平信号的出现次数时，确定所述低电平信号为所述目标比较结果。

9.根据权利要求6所述的连续时间Δ-Σ模数转换器，其特征在于，所述确定单元，具体用于当所述目标比较结果为所述高电平信号时，将所述初始校准控制字减小所述调整步长；当所述目标比较结果为所述低电平信号时，将所述初始校准控制字增大所述调整步长。

10.根据权利要求6所述的连续时间Δ-Σ模数转换器，其特征在于，所述校准单元，具体用于当所述目标比较结果为所述高电平信号时，将全部待校准系数减小所述校准控制字；当所述目标比较结果为所述低电平信号时，将全部待校准系数增大所述校准控制字。

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