CN113437972B - 电容校准方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电容校准方法和电子设备。所述两级模数转换器包括第一级模数转换器和第二级模数转换器，所述第一级模数转换器包括电容阵列，所述电容阵列包括至少两级电容，其中，将所述电容阵列中除第一级电容之外的任意一个电容作为待量化的目标电容；所述方法包括：控制所述目标电容和所述目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到所述目标电容产生的失配电压；将所述目标电容产生的失配电压输入所述第二级模数转换器，得到所述目标电容的失配量化值；根据所述失配量化值和预先建立的校准关系对所述目标电容进行校准处理，得到所述目标电容的实际电容值。采用本方法能够避免电容失配问题影响两级模数转换器的输出性能。

Description

电容校准方法和电子设备

技术领域

本申请涉及电容校准技术领域，特别是涉及一种电容校准方法和电子设备。

背景技术

模数转换器(Analog-to-digital Converter，ADC)是模拟信号和数字信号之间的桥梁，是各类电子设备中不可缺少的元件。常见的模数转换器类型有Delta-sigma ADC、逐次逼近型ADC、闪烁型ADC等。其中，由于逐次逼近型模数转换器具有结构简单、功耗低、面积小等特点，常用于可穿戴电子设备和生物医疗领域中。

目前，逐次逼近型模数转换器通常采用基于电荷再分布电容阵列的方案。但是，这种方案中电容受到工艺偏差和版图布局布线的影响，容易导致实际电容值与理想电容值出现失配的问题，而电容失配的问题会严重影响模数转换器的输出性能。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够避免电容失配问题影响模数转换器的输出性能的电容校准方法和电子设备。

一种电容校准方法，应用于两级模数转换器，两级模数转换器包括第一级模数转换器和第二级模数转换器，第一级模数转换器包括电容阵列，所述电容阵列包括至少两级电容，其中，将所述电容阵列中除第一级电容之外的任意一个电容作为待量化的目标电容；所述方法包括：

控制目标电容和目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到目标电容产生的失配电压；

将目标电容产生的失配电压输入第二级模数转换器，得到目标电容的失配量化值；

根据失配量化值和预先建立的校准关系对目标电容进行校准处理，得到目标电容的实际电容值。

在其中一个实施例中，在根据失配量化值和预先建立的校准关系对目标电容进行校准处理之前，该方法还包括：

对失配电压进行放大，得到放大后的失配电压；

将放大后的失配电压输入第二级模数转换器，得到目标电容的失配量化值。

在其中一个实施例中，上述控制目标电容和目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到目标电容产生的失配电压，包括：

在初始化时，控制第一级模数转换器中每个电容的两个极板均与共模电压端连接；和/或，

在校准目标电容时，控制目标电容的第一极板与第一参考电压端连接，目标电容的第二极板与失配电压放大器件连接，控制目标电容前一级的每个电容的第一极板均与第二参考电压端连接，目标电容前一级的每个电容的第二极板均与失配电压放大器件连接，得到目标电容产生的失配电压；

其中，第一参考电压端与第二参考电压端的电压极性相反。

在其中一个实施例中，上述在初始化时，控制第一级模数转换器中每个电容的两个极板均与共模电压端连接，包括：

输入初始化信号，得到第一切换控制信号、第一开关控制信号和第二开关控制信号；

其中，第一切换控制信号用于控制切换操作，以将第一级模数转换器中每个电容的第一极板均与共模电压端连接；第一开关控制信号用于控制共模导通；第二开关控制信号用于控制放大关断。

在其中一个实施例中，上述控制目标电容的第一极板与第一参考电压端连接，目标电容的第二极板与失配电压放大器件连接，控制目标电容前一级的每个电容的第一极板均与第二参考电压端连接，目标电容前一级的每个电容的第二极板均与失配电压放大器件连接，包括：

输入校准控制信号，得到第二切换控制信号、第三切换控制信号、第三开关控制信号和第四开关控制信号；

其中，第二切换控制信号用于控制切换操作；

第三切换控制信号用于控制切换操作；

第三开关控制信号用于控制共模关断；

第四开关控制信号用于控制放大导通。

在其中一个实施例中，该方法还包括：

输入运算选择信号，得到逼近信号，并进行对应的切换。

在其中一个实施例中，后一级中每一个电容的理想电容值为前一级的全部电容的理想电容值之和。

在其中一个实施例中，在上述根据失配量化值和预先建立的校准关系对目标电容进行校准处理，得到目标电容的实际电容值之后，该方法还包括：

获取第一级模数转换器中每个电容的实际电容值；

根据每个电容的实际电容值对两级模数转换器进行模数转换的输出结果进行校准，得到校准后的目标结果。

在其中一个实施例中，该方法还包括：

获取第二级模数转换器的第一输出电压，根据第一输出电压得到第二级模数转换器的失调误差。

在其中一个实施例中，该方法还包括：

获取第二级模数转换器的第二输出电压，根据第二输出电压得到第二级模数转换器的增益误差。

在其中一个实施例中，上述根据第二输出电压得到第二级模数转换器的增益误差，包括：

计算第二级模数转换器两个输出端输出的第二输出电压之间的实际电压差值；

计算实际电压差值与理想电压差值之间的比值，得到增益误差。

一种电子设备，该电子设备用于实现上述方法的步骤。

上述电容校准方法和电子设备，控制目标电容和目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到目标电容产生的失配电压；将目标电容产生的失配电压输入第二级模数转换器，得到目标电容的失配量化值；根据失配量化值和预先建立的校准关系对目标电容进行校准处理，得到目标电容的实际电容值。本公开实施例中，通过极板连接转换得到目标电容的失配电压，进而对目标电容进行校准得到目标电容的实际电容值，这样，可以避免电容失配问题影响两级模数转换器的输出性能。

附图说明

图1a为一个实施例中两级模数转换器的结构示意图之一；

图1b为一个实施例中两级模数转换器的结构示意图之二；

图1c为一个实施例中两级模数转换器的结构示意图之三；

图1d为一个实施例中两级模数转换器的结构示意图之四；

图2为一个实施例中电容校准方法的流程示意图；

图3为另一个实施例中电容校准方法的流程示意图；

图4为一个实施例中获得失配电压步骤的流程示意图；

图5为一个实施例中第一级模数转换器的结构示意图之一；

图6为一个实施例中第一级模数转换器的结构示意图之二；

图7为一个实施例中信号选通步骤的流程示意图；

图8为一个实施例中获得校准后的目标结果步骤的流程示意图；

图9为一个实施例中电子设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的电容校准方法，可以应用于如图1a所示的两级模数转换器。两级模数转换器包括依次连接的第一级模数转换器101和第二级模数转换器102，第一级模数转换器101包括电容阵列，所述电容阵列包括至少两级电容。电容阵列(capacitor arrays)指由若干个电容排列而成的阵列，一种典型结构是分为多级，每级包含多个电容，同一级电容并联，前后级电容可以根据极板连接情况串联或者并联。本公开实施例对电容阵列中的级数或电容数量不做限定。

在其中一个实施例中，如图1b所示，两级模数转换器还包括级间放大器103，级间放大器103在第一级模数转换器101和第二级模数转换器102之间，分别与第一级模数转换器101与第二级模数转换器连接102连接。

在其中一个实施例中，如图1c所示，第一级模数转换器包括校准控制器件1011、共模开关Sc、放大开关Sa和多个切换开关Sw；第一级模数转换器101中每个电容的第一极板均与一个切换开关Sw连接，第二极板均与共模开关Sc和放大开关Sa连接。

在其中一个实施例中，如图1c所示，两级模数转换器还包括逐次逼近逻辑器件1012和选择器1013，选择器1013的两个输入端分别与校准控制器件1011的输出端和逐次逼近逻辑器件1012的输出端连接，选择器1013的输出端与各切换开关连接。

在其中一个实施例中，如图1c所示，第一级模数转换的电容分为两排；第一级模数转换器101还包括比较器1014，比较器1014的两个输入端分别与一排电容连接，比较器1014的输出端与逐次逼近逻辑器件1012的输入端连接。

在其中一个实施例中，如图1d所示，两级模数转换器还包括第一级间电容和第二级间电容；级间放大器103的两个输入端分别与第一级模数转换器101的两个输出端连接，级间放大器103的两个输出端分别与第二级模数转换器102的两个输入端连接；第一级间电容分别与级间放大器103的正向输入端和反向输出端连接；第二级间电容分别与级间放大器103的反向输入端和正向输出端连接。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种电容校准方法，以该方法应用于图1中的两级模数转换器为例进行说明，包括以下步骤：

步骤201，控制目标电容和目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到目标电容产生的失配电压。其中，N为正整数。

在对目标电容进行校准时，两级模数转换器控制目标电容进行极板连接转换，同时控制目标电容前一级中的每个电容也进行极板连接转换。其中，后一级中每一个电容的理想电容值为前一级的全部电容的理想电容值之和，如果目标电容的实际电容值与目标电容前一级中全部电容的实际电容值之和相等，表明目标电容不存在失配问题；如果目标电容的实际电容值与目标电容前一级中全部电容的实际电容值之和不相等，目标电容就会产生失配电压。

例如，第一级模数转换器中，第1级电容包括C_0p、C_1p，第2级电容包括C_2p、C_3p、C_4p、C_5p。将C_2p作为目标电容，控制C_2p和C_0p、C_1p进行极板连接转换。C_0p、C_1p的实际电容值均为C，如果C_2p的实际电容值与2C不相等，则得到C_2p产生的失配电压U1。

步骤202，将目标电容的失配电压输入第二级模数转换器，得到目标电容的失配量化值。

第一级模数转换器输出目标电容产生的失配电压，将该失配电压输入到第二级模数转换器，第二级模数转换器根据失配电压进行运算，得到目标电容的失配量化值。

例如，将失配电压U2输入第二级模数转换器，第二级模数转换器输出目标电容C_2p的失配量化值X_2p。

步骤203，根据失配量化值和预先建立的校准关系对目标电容进行校准处理，得到目标电容的实际电容值。

预先建立失配量化值和实际电容值之间的校准关系，在第二级模数转换器输出目标电容的失配量化值之后，根据失配量化值和校准关系对目标电容进行校准处理，得到目标电容的实际电容值。

例如，根据失配量化值X_2p和校准关系对目标电容C_2p进行校准处理，得到目标电容C_2p的实际电容值。

上述实施例中，控制目标电容和目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到目标电容产生的失配电压；将目标电容产生的失配电压输入第二级模数转换器，得到目标电容的失配量化值；根据失配量化值和预先建立的校准关系对目标电容进行校准处理，得到目标电容的实际电容值。本公开实施例中，通过极板连接转换得到目标电容的失配电压，进而对目标电容进行校准得到目标电容的实际电容值，这样，可以避免电容失配问题影响两级模数转换器的输出性能。进一步地，无需增加额外的校准电路，通过电路的复用就可以实现，降低了系统复杂度和功耗，因此也降低了设计难度，扩大了两级模数转换器的适用范围。

在一个实施例中，如图3所示，本公开实施例可以包括以下步骤：

步骤301，控制目标电容和目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到目标电容产生的失配电压。

步骤302，对失配电压进行放大，得到放大后的失配电压。

如图1b所示，两级模数转换器还包括级间放大器，级间放大器在第一级模数转换器和第二级模数转换器之间，分别与第一级模数转换器与第二级模数转换器连接。将目标电容产生的失配电压输入级间放大器进行放大，得到放大后的失配电压。

在实际应用中，目标电容产生的失配电压可能较小，第二级模数转换器直接根据失配电压进行运算不能得到较为准确的失配量化值，因此，在第一级模数转换器和第二级模数转换器之间连接级间放大器。第一级模数转换器将目标电容产生的失配电压传输到级间放大器，级间放大器对失配电压进行放大处理，得到放大后的失配电压。

例如，第一级模数转换器将目标电容C_2p产生的失配电压U1传输到级间放大器，得到放大后的失配电压U2。

步骤303，将放大后的失配电压输入第二级模数转换器，得到目标电容的失配量化值。

级间放大器将放大后的失配电压输入到第二级模数转换器，第二级模数转换器根据放大后的失配电压进行运算，得到目标电容的失配量化值。

例如，级间放大器将放大后的失配电压U2输入第二级模数转换器，第二级模数转换器输出目标电容C_2p的失配量化值X_2p。

步骤304，根据失配量化值和预先建立的校准关系对目标电容进行校准处理，得到目标电容的实际电容值。

上述实施例中，在第一级模数转换器和第二级模数转换器之间加入级间放大器，级间放大器可以放大目标电容的失配电压，从而降低第二级模数转换器的运算难度，由于充分利用了多级放大的优势，因此可以得到较为准确的目标电容的失配量化值。

在一个实施例中，如图4所示，上述控制目标电容和目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到目标电容产生的失配电压的步骤，可以包括：

步骤401，在初始化时，控制第一级模数转换器中每个电容的两个极板均与共模电压端连接。

在对电容进行校准前，需要先对第一级模数转换器中的电容进行初始化。初始化的过程可以包括：控制第一级模数转换器中每个电容的两个极板均与共模电压端连接，极板连接转换后如图5所示，每个电容的两个极板的电压相等。

可以理解地，初始化可以统一电容的初始状态，从而提高校准的准确性。

步骤402，在校准目标电容时，控制目标电容的第一极板与第一参考电压端连接，目标电容的第二极板与失配电压放大器件连接，控制目标电容前一级的每个电容的第一极板均与第二参考电压端连接，目标电容前一级的每个电容的第二极板均与失配电压放大器件连接，得到目标电容产生的失配电压。

在第一级模数转换器中的电容已初始化之后，控制目标电容和目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，从而对目标电容进行校准。如图1b所示，失配电压放大器件包括级间放大器，极板连接转换的过程可以包括：控制目标电容的第一极板与第一参考电压端连接，第二极板与级间放大器连接；控制目标电容前一级的每个电容的第一极板与第二参考电压端连接，第二极板与级间放大器连接，极板连接转换后如图6所示。

其中，第一参考电压端与第二参考电压端的电压极性相反。例如，第一参考电压端的电压极性为正，第二参考电压端的电压极性为负；或者，第一参考电压端的电压极性为负，第二参考电压端的电压极性为正。

极板连接转换后，目标电容的第一极板与目标电容前一级的每个电容的第一极板的电压相等极性相反。而目标电容的第二极板与目标电容前一级的每个电容的第二极板连接，如果目标电容不存在失配问题，则在目标电容的第二极板处不会产生失配电压；如果目标电容存在失配问题，则在目标电容的第二极板处就会产生失配电压。

上述实施例中，在初始化时，控制第一级模数转换器中每个电容的两个极板均与共模电压端连接；在校准目标电容时，控制目标电容的第一极板与第一参考电压端连接，目标电容的第二极板与失配电压放大器件连接，控制目标电容前一级的每个电容的第一极板均与第二参考电压端连接，目标电容前一级的每个电容的第二极板与失配电压放大器件连接，得到目标电容产生的失配电压。本公开实施例中，通过极板连接转换对第一级模数转换器的电容进行初始化，由于统一了电容的初始状态，因此可以确保后续校准的准确性。进一步地，通过极板连接转换获得了目标电容的失配电压，从而可以根据失配电压对目标电容进行校准，避免电容失配问题影响两级模数转换器的输出性能。

在一个实施例中，上述步骤401可以通过如下步骤实现：输入初始化信号，得到第一切换控制信号、第一开关控制信号和第二开关控制信号。第一切换控制信号用于控制切换操作，以将第一级模数转换器中每个电容的第一极板均与共模电压端连接；第一开关控制信号用于控制共模导通；第二开关控制信号用于控制放大关断。

如图1c所示，第一级模数转换器包括校准控制器件1011、共模开关Sc、放大开关Sa和多个切换开关Sw；第一级模数转换器中每个电容的第一极板均与一个切换开关Sw连接，第二极板均与共模开关Sc和放大开关Sa连接。

在校准之前，向校准控制器件输入初始化信号后，校准控制器件会根据初始化信号输出第一切换控制信号，控制各切换开关进行切换操作，将第一级模数转换器中每个电容的第一极板均通过切换开关与共模电压端连接。

校准控制器件还根据初始化信号向共模开关输出第一开关控制信号，控制共模开关导通，将第一级模数转换器中每个电容的第二极板均与共模电压端连接。

校准控制器件还根据初始化信号向放大开关输出第二开关控制信号，控制放大开关关断，切断第一级模数转换器中每个电容的第二极板与级间放大器之间的连接。

可以理解地，校准控制器件通过控制切换开关、共模开关和放大开关来实现目标电容和目标电容前一级中每个电容的极板连接转换，从而实现电容的初始化。

上述步骤402可以通过如下步骤实现：输入校准控制信号，得到第二切换控制信号、第三切换控制信号、第三开关控制信号和第四开关控制信号；其中，第二切换控制信号用于控制切换操作；第三切换控制信号用于控制切换操作；第三开关控制信号用于控制共模关断；第四开关控制信号用于控制放大导通。

如图1c所示，对目标电容进行校准时，向校准控制器件输入校准控制信号。校准控制器件根据校准控制信号输出第二切换控制信号，控制目标电容对应的切换开关进行切换操作，将目标电容的第一极板与第一参考电压端连接。

校准控制器件还根据校准控制信号输出第三切换控制信号，控制目标电容前一级中每个电容对应的切换开关进行切换操作，将目标电容前一级中每个电容的第一极板均与第二参考电压端连接。

校准控制器件还根据校准控制信号输出第三开关控制信号，控制共模开关关断，切断目标电容的第二极板和目标电容前一级中每个电容的第二极板与共模电压端的连接。并且，共模开关关断，也切断了其他电容的第二极板与共模电压端的连接。

校准控制器件还根据校准控制信号输出第四开关控制信号，控制放大开关导通，以将目标电容的第二极板和前一级中每个电容的第二极板均与级间放大器连接。并且，放大开关导通，也将其他电容的第二极板与级间放大器连接。

其中，第四开关控制略晚于第二切换控制信号和第三切换控制信号。

上述实施例中，准控制器件通过控制切换开关、共模开关和放大开关来实现目标电容和目标电容前一级中每个电容的极板连接转换，从而获得目标电容的失配电压，便于后续根据目标电容的失配电压对目标电容进行校准，避免电容失配问题影响两级模数转换器的输出性能。并且，由于无需额外的校准电路，因此可以降低设计难度，扩展两级模数转换器的适用范围。

在一个实施例中，如图7所示，在上述实施例的基础上，还可以包括如下步骤：

步骤501，输入校准选择信号，得到第一切换控制信号、第二切换控制信号和第三切换控制信号。

如图1c所示，两级模数转换器还包括逐次逼近逻辑器件1012和选择器1013，选择器1013的两个输入端分别与校准控制器件1011的输出端和逐次逼近逻辑器件1012的输出端连接，选择器1013的输出端与各切换开关连接。

选择器的作用是选通校准控制器件和逐次逼近逻辑器件输出的信号。在采用两级模数转换器进行模数转换前，获取目标电容的失配量化值时，向选择器输入校准选择信号，两级模数转换器进入校准模式，选择器根据校准选择信号选通校准控制器件输出的信号。之后，校准控制器件输出第一切换控制信号，选择器将第一切换控制信号传输到每个电容对应的切换开关。校准控制器件输出第一开关控制信号，选择器将第一开关控制信号传输到共模开关。校准控制器件输出第二开关控制信号，选择器将第二开关控制信号传输到放大开关。校准控制器件输出第二切换控制信号，选择器将第二切换控制信号传输到目标电容对应的切换开关。校准控制器件输出第三切换控制信号，选择器将第三切换控制信号传输到目标电容前一级的每个电容对应的切换开关。校准控制器件输出第三开关控制信号，选择器将第三开关控制信号传输到共模开关。校准控制器件输出第四开关控制信号，选择器将第四开关控制信号传输到放大开关。

步骤502，输入运算选择信号，得到逼近信号，并进行对应的切换。

如图1c所示，在获取目标电容的失配量化值后，采用两级模数转换器进行模数转换时，向选择器输入运算选择信号，两级模数转换器进入正常工作模式，选择器根据运算选择信号选通逐次逼近逻辑器件输出的信号。逐次逼近逻辑器件在进行模数转换过程中输出逼近信号，选择器将逼近信号传输到对应的切换开关。

上述实施例中，输入校准选择信号，得到第一切换控制信号、第二切换控制信号和第三切换控制信号；输入运算选择信号，得到逼近信号，并进行对应的切换。本公开实施例中，采用选择器选通校准控制器件和逐次逼近逻辑器件输出的信号，可以实现两级模数转换器在校准状态和模数转换状态自由切换。

在一个实施例中，如图8所示，在上述根据失配量化值和预先建立的校准关系对目标电容进行校准处理，得到目标电容的实际电容值之后，还可以包括如下步骤：

步骤305，获取第一级模数转换器中每个电容的实际电容值。

参考上述获取目标电容的实际电容值的步骤，可以获取第一级模数转换器中除了第一级电容之外的每个电容的实际电容值，并将第一级电容的理想电容值作为第一级电容的实际电容值。

步骤306，根据每个电容的实际电容值对两级模数转换器进行模数转换的输出结果进行校准，得到校准后的目标结果。

已知第一级模数转换器中每个电容的理想电容值，在得到每个电容的实际电容值之后，可以确定理想电容值和实际电容值之间的对应关系。在两级模数转换器进行模数转换后，根据理想电容值和实际电容值之间的对应关系，对两级模数转换器的输出结果进行校准，即可得到校准后的目标结果。

上述实施例中，获取第一级模数转换器中每个电容的实际电容值；根据每个电容的实际电容值对两级模数转换器进行模数转换的输出结果进行校准，得到校准后的目标结果。本公开实施例中，根据每个电容的实际电容值对两级模数转换器进行校准，可以提高两级模数转换器的转换准确度，即提高了两级模数转换器的输出性能。

在一个实施例中，在进行电容校准之前，还可以包括获取第二级模数转换器的失调误差的过程：获取第二级模数转换器的第一输出电压，根据第一输出电压得到第二级模数转换器的失调误差。

先控制级间放大器的一个输出端与另一个输出端连接。如图1d所示，级间放大器的两个输出端分别与第二级模数转换器的两个输入端连接。控制级间放大器的一个输出端与另一个输出端连接，即将第二级模数转换器的两个输入端短接，使第二级模数转换器的两个输入端接收相同的信号。

将第二级模数转换器的两个输入端短接后，获取第二级模数转换器两个输出端的第一输出电压。由于第二级模数转换器的两个输入端接收到的信号相同，因此，根据两个输出端的第一输出电压之间的差异即可得到第二级模数转换器的失调误差。

上述实施例中，获取第二级模数转换器的第一输出电压，根据第一输出电压得到第二级模数转换器的失调误差。本公开实施例中，将第二级模数转换器的两个输入端短接后可以获得第二级模数转换器的失调误差，根据失调误差对第二级模数转换器进行校准，可以保证第二级模数转换器在获得目标电容的失配量化值的过程中计算准确，进而提高目标电容的校准准确度。

在一个实施例中，在进行电容校准之前，还可以包括：获取第二级模数转换器的第二输出电压，根据第二输出电压得到第二级模数转换器的增益误差。

如图1d所示，第一级模数转换器包括两排电容，两排电容分别包括第一电容和第二电容。在对第一级模数转换器进行初始化之后，第一电容的两个极板均与共模电压端连接。之后，控制第一电容的第一极板与第一参考电压端连接，控制第二电容的第一极板与第二参考电压端连接。其中，第一参考电压端和第二参考电压端极性相反。

第一电容和第二电容的极板连接切换后，获取第二级模数转换器两个输出端的第二输出电压。在理想状态下，第二级模数转换器两个输出端的第二输出电压之间的差值应该为固定值，并且与第一电容和级间电容的比例相关。因此，根据第二输出电压得到第二级模数转换器的增益误差的过程，可以包括：计算第二级模数转换器两个输出端输出的第二输出电压之间的实际电压差值；计算实际电压差值与理想电压差值之间的比值，得到增益误差。

上述电容校准方法中，获取第二级模数转换器的第二输出电压，根据第二输出电压得到第二级模数转换器的增益误差。本公开实施例中，通过极板连接转换可以获得第二级模数转换器的增益误差，根据增益误差对第二级模数转换器进行校准，可以保证第二级模数转换器在获得目标电容的失配量化值的过程中计算准确，进而提高目标电容的校准准确度。

在一个具体的实施例中，第一级模数转换器里的C_kp～C_0p及C_kn～C_0n为需要被校准的电容阵列。C_kp为最高位电容，C_0p和C_1p为单位电容，C_2p＝C_3p＝C_4p＝C_5p＝2·C^0p，C_6p＝C_7p＝C_8p＝C_9p＝4·C_2p，依次类推，即低位的理想电容值之和为高位的理想电容值，C_kn～C_0n满足同样的关系。

校准开始时，首先通过选择器选通校准控制器件，让电容阵列受该校准控制器件控制，然后该校准控制器件将C_2p的第一极板从Vcm切换至Vrefp，同时将C_0p和C_1p的第一极板从Vcm切换至Vrefn。若C_2p，C_0p和C_1p的容值均为理想值，则根据电荷守恒可知它们的第二极板电压变化为0；若它们的关系不满足C_2p＝C_0p+C_1p，即C_2p存在失配，则由此产生的电压变化量会被级间放大器放大并被第二级模数转换器量化，对于C_3p～C_5p使用同样的方法即可得到其失配信息。

在得到C_2p～C_5p的失配信息后，将C_6p的第一极板从Vcm切换至Vrefp，同时将C_2p～C_5p的第一极板从Vcm切换至Vrefn，则C_6p与C_2p～C_5p之和的容值差会被放大并量化，依次类推可得到C_7p～C_9p的失配信息，之后再以C_6p～C_9p为基准来量化更高位的电容失配信息。

根据上述方法可以将C_2p～C_kp的失配信息均以数字码的形式保存下来，再通过失配信息与数字码之间的对应关系就可以得到校准后的电容值，对于C_kn～C_0n同理。在对两级模数转换器的输出进行处理时，用校准后的电容值来代替预设的理想电容值，就可以消除电容失配导致的输出偏差，提高两级模数转换器的性能。

进一步还可以利用第二级模数转换器的自校正功能以消除其失调和增益误差，在校准开始之前，先将级间放大器的输出短接，量化第二级模数转换器的失调误差。再将C_0p和C_0n的第一极板分别切换到Vrefp和Vrefn，通过模数转换器量化得到两个输出，在理想情况下这两个输出的差值为固定值且仅和C_0p、C_fb的比例相关。若实际中的差值偏离了该理想值，则第二级模数转换器的增益误差为实际值除以理想值。

应该理解的是，虽然图2至图8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2至图8中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种电子设备，该电子设备实现上述方法中的步骤。该电子设备可以是终端，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电容校准方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电容校准方法，其特征在于，应用于两级模数转换器，所述两级模数转换器包括第一级模数转换器和第二级模数转换器，所述第一级模数转换器包括电容阵列，所述电容阵列包括至少两级电容，其中，将所述电容阵列中除第一级电容之外的任意一个电容作为待量化的目标电容；所述方法包括：

控制所述目标电容和所述目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到所述目标电容产生的失配电压；

将所述目标电容产生的失配电压输入所述第二级模数转换器，得到所述目标电容的失配量化值；

根据所述失配量化值和预先建立的校准关系对所述目标电容进行校准处理，得到所述目标电容的实际电容值，所述预先建立的校准关系包括失配量化值和实际电容值之间的校准关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述失配量化值和预先建立的校准关系对所述目标电容进行校准处理之前，所述方法还包括：

对所述失配电压进行放大，得到放大后的失配电压；

将所述放大后的失配电压输入所述第二级模数转换器，得到所述目标电容的失配量化值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述目标电容和所述目标电容前一级的每个电容进行极板连接转换，得到所述目标电容产生的失配电压，包括：

在初始化时，控制所述第一级模数转换器中每个电容的两个极板均与共模电压端连接；和/或，

在校准所述目标电容时，控制所述目标电容的第一极板与第一参考电压端连接，所述目标电容的第二极板与失配电压放大器件连接，控制所述目标电容前一级的每个电容的第一极板均与第二参考电压端连接，所述目标电容前一级的每个电容的第二极板均与所述失配电压放大器件连接，得到所述目标电容产生的失配电压；

其中，所述第一参考电压端与所述第二参考电压端的电压极性相反。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在初始化时，控制所述第一级模数转换器中每个电容的两个极板均与共模电压端连接，包括：

输入初始化信号，得到第一切换控制信号、第一开关控制信号和第二开关控制信号；

其中，所述第一切换控制信号用于控制切换操作，以将所述第一级模数转换器中每个电容的第一极板均与所述共模电压端连接；所述第一开关控制信号用于控制共模导通；所述第二开关控制信号用于控制放大关断。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制所述目标电容的第一极板与第一参考电压端连接，所述目标电容的第二极板与失配电压放大器件连接，控制所述目标电容前一级的每个电容的第一极板均与第二参考电压端连接，所述目标电容前一级的每个电容的第二极板均与所述失配电压放大器件连接，包括：

输入校准控制信号，得到第二切换控制信号、第三切换控制信号、第三开关控制信号和第四开关控制信号；

其中，所述第二切换控制信号用于控制切换操作；

所述第三切换控制信号用于控制切换操作；

所述第三开关控制信号用于控制共模关断；

所述第四开关控制信号用于控制放大导通。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

输入运算选择信号，得到逼近信号，并进行对应的切换。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，后一级中每一个电容的理想电容值为前一级的全部电容的理想电容值之和。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述根据所述失配量化值和预先建立的校准关系对所述目标电容进行校准处理，得到所述目标电容的实际电容值之后，所述方法还包括：

获取所述第一级模数转换器中每个电容的实际电容值；

根据所述每个电容的实际电容值对所述两级模数转换器进行模数转换的输出结果进行校准，得到校准后的目标结果。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述第二级模数转换器的第一输出电压，根据所述第一输出电压得到所述第二级模数转换器的失调误差。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备用于实现如权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。

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