CN116015302A - 一种saradc线性度补偿方法、补偿系统及芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种SARADC线性度补偿方法、补偿系统及芯片，补偿方法包括：获取SARADC误差曲线，对SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线；对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线；根据第二误差子曲线，得到补偿曲线；根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值；基于所述对应的补偿误差值，对所述待补偿SARADC的实际转换结果数据进行补偿，获取补偿后的转换结果数据。本发明根据SARADC的内部结构，对SARADC的误差曲线进行分段，并进行线性拟合补偿。

Description

一种SARADC线性度补偿方法、补偿系统及芯片

技术领域

本发明涉及转换器误差补偿领域，更具体地，涉及一种SARADC线性度补偿方法、补偿系统及芯片。

背景技术

模拟数字转换器(ADC)是将模拟信号转换成数字信号的核心模块，它广泛应用在各大电子相关领域，完成模拟到数字的转换工作。ADC根据不同的工作方式可分为流水线型(Pipeline)、积分型(Sigma-Delta)和逐次逼近型(SAR)等。不同的ADC应用于不同的领域，性能各异。其中SARADC在功耗、速度、精度方面实现了很好的均衡，被广泛应用于中高精度低功耗小尺寸领域。

目前SARADC在生产制造的过程中，不可避免的会由于工艺偏差出现一定程度的电容失配，从而导致ADC线性度及测量误差的变化，在高精度以及先进工艺的设计中，影响更为明显。因此，需要采用校正或补偿算法对电容失配造成的误差进行修正。

目前主要采用两种方式对电容失配造成的误差进行修正：

(1)使用两点校正：在IC生产时，或使用过程中，提供两个已知基准电压，通过线性校正算法对ADC进行校正。

(2)trim电压/电流校正：在IC生产时，根据预置的通道对内部参考电压或电流进行校正。

其中，(1)使用两点校正的方式能够减小电容失配导致的线性误差，但对ADC的线性度无法改善。

(2)trim电压/电流能对减小实际参考源与理想参考源之间的误差，但不能去除ADC的偏置误差，也不能改善线性度。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种SARADC线性度补偿方法、补偿系统及芯片，根据SARADC的内部结构，通过分段拟合的方式来改善ADC的线性度，对ADC的误差进行补偿。

根据本发明的第一方面，提供了一种SARADC线性度补偿方法，包括：

获取SARADC误差曲线，对所述SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线；

对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线；

根据第二误差子曲线，得到补偿曲线；

根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值；

基于所述对应的补偿误差值，对所述待补偿SARADC的实际转换结果数据进行补偿，获取补偿后的转换结果数据

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述SARADC误差曲线为SARADC的积分非线性INL曲线，所述INL曲线的横轴为编码值，纵轴为积分非线性误差，横轴与纵轴的单位均为LSB。

可选的，对所述SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线，包括：

确定所述SARADC误差曲线的分段区间间隔，所述分段区间间隔为2ⁿLSB，n为根据待补偿ADC的位数确定，n为正整数；

基于所述分段区间间隔，将所述SARADC误差曲线沿横轴方向分段，得到多段第一误差子曲线。

可选的，所述对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线，包括：

获取每一段第一误差子曲线上的多个误差点，基于所述多个误差点，拟合成相应类型的每一段第二误差子曲线，其中，基于待补偿ADC的内部结构，确定拟合后的每一段第二误差子曲线的类型。

可选的，所述补偿曲线是与第二误差子曲线的每一段一一对应的互补的曲线，所述补偿曲线的类型与对应的第二误差子曲线的类型相同。

可选的，所述第二误差子曲线的类型为一次线性曲线或二次曲线。

可选的，所述根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值，包括：

多次测量同一个待转换模拟信号经过待补偿SARADC转换后的实际转换结果数据；

将多次测量得到的实际转换结果数据进行平均，得到平均实际转换结果数据；

以所述平均实际转换结果数据为横轴数据，在多段第二误差子曲线中找到对应的第二误差子曲线段，且在所述第二误差子曲线段所对应的补偿曲线段中找到对应的补偿误差值。

根据本发明的第二方面，提供一种SARADC线性度补偿方法，包括：

当环境温度对待补偿ADC的线性度误差影响程度大于设定程度阈值时，基于SARADC的线性度补偿方法对每一个温度点下的待补偿ADC的实际转换结果数据进行补偿，得到补偿后的转换结果数据。

根据本发明的第三方面，提供了一种SARADC线性度补偿系统，包括：

分段模块，用于获取SARADC误差曲线，对所述SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线；

拟合模块，用于对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线；

获取模块，用于根据第二误差子曲线，获取对应的补偿曲线；

查找模块，用于根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值；

补偿模块，用于基于所述对应的补偿误差值，对所述待补偿SARADC的实际转换结果数据进行补偿，获取补偿后的转换结果数据。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于线性度补偿的芯片，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行SARADC线性度补偿方法。

本发明提供的一种SARADC线性度补偿方法、补偿系统及芯片，获取SARADC误差曲线，对SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线；对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线；根据第二误差子曲线，得到补偿曲线；根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值；基于所述对应的补偿误差值，对所述待补偿SARADC的实际转换结果数据进行补偿，获取补偿后的转换结果数据。本发明根据SARADC的内部结构，对SARADC的误差曲线进行分段，并进行线性拟合补偿。

附图说明

图1为SARADC的INL曲线示意图；

图2为图1中SARADC的INL曲线的部分放大示意图；

图3为SARADC内部结构示意图；

图4为本发明提供的一种SARADC线性度补偿方法流程图；

图5为线性度补偿后的SARADC误差曲线示意图；

图6为本发明提供的一种SARADC线性度补偿系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在使用SARADC的场景中，有高精度、高线性度要求的应用场景，本发明根据SARADC的内部结构，通过分段拟合的方式来改善ADC的线性度，对误差进行补偿。

ADC的线性度一般使用INL(积分非线性)指标的最大最小值来衡量，一个SARADC的INL曲线一般类似如图1。其中，图1是一个12bit SARADC的INL曲线，其中横轴是ADC的编码值，纵轴是该码值对应的积分非线性误差，单位是ADC的1个码值，或称为LSB(LeastSignification Bit)，该误差越接近0，说明对应码值的误差越小。

将图1中间部分进行展开，可以看到误差曲线如图2所示，从图2能够发现，该误差曲线呈现类似周期线性的特性，这是由于SARADC内部存在一个逐位比较的电路，比如一个10bit SARADC的内部结构一般类似图3。

当IC制造中的误差造成这里的电容出现偏差，使其比例关系出现误差，SARADC的转换结果就会出现偏差，但同一个电容会在ADC的不同码值处被使用，比如图3中的10bitSARADC结构图中S1处的电容C，在输入信号大于但很接近VREF/2时，假如该电容值实际比C要略小，则该bit的转换结果可能就会从1变成0。以上的bit比较误差在每一个bit的比较电路上都有可能发生，而这些比较电路在输入信号从0到VREF的变化范围内会被周期性的用到，因此，最终呈现的INL曲线会出现一定程度的周期性。

另外，由于ADC在设计制造的过程中，不可避免的会存在外部引脚到内部ADC引脚的走线和相关电路，这部分电路会存在寄生电容。在ADC的使用过程中，这部分电容会被叠加到上述比较电路中，造成电容比例关系的变化，并对A/D转换结果造成影响。且这部分偏差在不同IC间基本相同，从而导致不同IC间的INL曲线呈现一定相似性。

基于以上特征，图4为本发明提供的一种SARADC线性度补偿方法流程图，如图4所示，该线性度补偿方法主要包括如下步骤：

S1，获取SARADC的误差曲线，对所述SARADC的误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线。

可以理解的是，首先进行SARADC补偿数据的准备工作，获取SARADC的误差曲线，SARADC的误差曲线为SARADC的积分非线性INL曲线，或者去除线性误差之后的误差曲线(即输入信号从0-VREF变化时，SARADC的误差曲线，单位需转换为LSB)。所述INL曲线的横轴为编码值，纵轴为积分非线性误差，横轴与纵轴的单位均为LSB。

作为实施例，对所述SARADC的误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线，包括：确定所述SARADC的误差曲线的分段区间间隔，所述分段区间间隔为2ⁿLSB，n为根据待补偿ADC的位数确定，n为正整数；基于所述分段区间间隔，将所述SARADC的误差曲线沿横轴方向分段，得到多段第一误差子曲线。

可以理解的是，根据SARADC误差曲线特征，对SARADC误差曲线进行分段。该分段需以2的幂次沿横轴方向进行分段，即遵循SARADC内部电路结构，比如以横轴每256个LSB为一段，或128个LSB为一段。分段长度可根据实际比较明显的周期进行分段，以图2为例，则以64或128个LSB为一段比较合适。其中，需要说明的是，SARADC内部电路结构与SARADC的位数有关，也就是根据SARADC的位数来确定分段长度。

需要说明的是，由于SARADC内部的比较电路是由固定比例的电容所组成，在进行AD模数转换时是从二进制最高位开始转换，比如10bit SARADC，最先得到的转换结果是二进制bit10的结果。假如当前bit 5对应的电路在进行结果0和1的判断时有误差，则在待测电压每次位于bit 5分界点附近时，都会叠加bit5处的误差，无论其他bit当前的值是0还是1，都会叠加bit 5的误差，因此INL曲线会呈现一定的周期性，也因此在进行分段时，也需要按照电路特性，以2的幂次进行分段，如32、64、128个code为一段。

另外，由于位数越高的电路的电容误差造成的影响相对会更大，位数越小的电路的电容误差造成的影响相对更小，因此在进行分段时可根据INL曲线的特性，仅选择影响较大的高位SARADC进行分段，以简化计算过程和开销。

确定了分段长度后，沿着SARADC的误差曲线的横轴方向将SARADC误差曲线划分为多段第一误差子曲线。

S2，对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线。

作为实施例，所述对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线，包括：获取每一段第一误差子曲线上的多个误差点，基于所述多个误差点，拟合成相应类型的每一段第二误差子曲线，其中，基于SARADC的位数，确定拟合后的每一段第二误差子曲线的类型。

可以理解的是，将SARADC误差曲线划分为多段第一误差子曲线后，对于每一段第一误差子曲线，获取每一段第一误差子曲线上的多个误差点，基于多个误差点，拟合成对应的第二误差子曲线。其中，第二误差子曲线的类型可以根据SARADC的内部结构确定。第二误差子曲线最常见的类型为一次曲线和二次曲线，一次曲线即直线。当然，也可以根据SARADC的内部结构来选择其他类型的曲线作为第二误差子曲线的类型，此处不作限定。

S3,根据第二误差子曲线，得到补偿曲线。

可理解的是，上述步骤S2根据每一段第一误差子曲线拟合得到对应的第二误差子曲线，本步骤根据每一段第二误差子曲线，得到对应的补偿曲线，其中，补偿曲线是与第二误差子曲线互补的曲线，从而能补偿第二误差子曲线的误差，使输出值精度和线性度都足够。补偿曲线与第二误差子曲线的每一段一一对应、互补，补偿曲线类型与第二误差子曲线相同，可以是一次曲线、二次曲线及其他曲线类型。

S4，根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线，并在所述对应的第二误差子曲线对应的补偿曲线中获取对应的补偿误差值。

作为实施例，根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线，并在所述第二误差子曲线对应的补偿曲线中获取对应的补偿误差值，包括：多次测量同一个待转换模拟信号经过待补偿SARADC转换后的实际转换结果数据；将多次测量得到的实际转换结果数据进行平均，得到平均实际转换结果数据；以所述平均实际转换结果数据为横轴数据，在多段第二误差子曲线中找到对应的第二误差子曲线段，且在所述第二误差子曲线段所对应的补偿曲线段中找到对应的补偿误差值。

可以理解的是，SARADC是用来将模拟信号转换成数字信号的，将待转换模拟信号输入待补偿SARADC，输出转换后的数字信号(称为实际转换结果数据)。由于待补偿SARADC在不同时候对待转换模拟信号的实际转换结果数据会存在波动，因此，本发明将待转换模拟信号多次输入待补偿SARADC中，进而输出多个实际转换结果数据，将多个实际转换结果数据进行平均，得到平均值(称为平均实际转换结果数据)。

以平均实际转换结果数据为横轴数据，在多段第二误差子曲线中找到对应的第二误差子曲线段，然后再根据平均实际转换结果数据为横轴数据，在对应的第二误差子曲线段对应的补偿曲线段中获取对应的补偿误差值。

S5，基于所述对应的补偿误差值，对所述待补偿ADC的实际转换结果数据进行补偿，获取补偿后的转换结果数据。

可以理解的是，得到待补偿SARADC输出的实际转换结果数据对应的补偿误差值后，基于补偿误差值对实际转换结果数据进行补偿，比如，补偿SARADC输出的平均实际转换结果数据为1536LSB，根据1536LSB相应的第二误差子曲线段所对应的补偿曲线段中获取对应的补偿误差值，比如为-1LSB，则误差补偿后的转换结果数据为(1536+(-1))LSB＝1535LSB。参见图5，为线性度补偿后的误差曲线，可以看到，其不同码值处的误差均接近于0。

本发明还提供了一种SARADC线性度补偿方法，包括：当环境温度对待补偿ADC的线性度误差影响程度大于设定程度阈值时，基于上述实施例的SARADC的线性度补偿方法对每一个温度点下的待补偿SARADC的实际转换结果数据进行补偿，得到补偿后的转换结果数据。

可以理解的是，本发明可用在SARADC出厂时进行校准，如在出厂时进行INL曲线测试，并生成对应段的线性补偿参数，并记录到芯片的指定区域，在使用过程中读取这部分补偿参数，对SARADC转换结果进行补偿。如果环境温度对SARADC的影响较大，也可以多个温度点来得到不同温度下的INL曲线测试，从而得到不同温度下的补偿参数，在使用时就可以根据当前IC的温度，对SARADC进行针对温度的补偿。

参见图6，为本发明提供的一种SARADC线性度补偿系统，主要包括分段模块601、拟合模块602、获取模块603、查找模块604和补偿模块605，其中：

分段模块601，用于获取SARADC误差曲线，对所述SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线；

拟合模块602，用于对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线；

获取模块603，用于根据第二误差子曲线，获取对应的补偿曲线；

查找模块604，用于根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值；

补偿模块605，用于基于所述对应的补偿误差值，对所述待补偿SARADC的实际转换结果数据进行补偿，获取补偿后的转换结果数据。

可以理解的是，本发明提供的一种SARADC线性度补偿系统与前述各实施例提供的SARADC线性度补偿方法相对应，SARADC线性度补偿系统的相关技术特征可参考SARADC线性度补偿方法的相关技术特征，在此不再赘述。

本发明还提供了一种用于对SARADC线性度补偿的芯片，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行SARADC线性度补偿方法。

本发明实施例提供的一种SARADC线性度补偿方法、补偿系统及芯片，获取SARADC误差曲线，对SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线；对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线；根据第二误差子曲线，得到补偿曲线；根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值；基于所述对应的补偿误差值，对所述待补偿SARADC的实际转换结果数据进行补偿，获取补偿后的转换结果数据。本发明根据SARADC的内部结构，对SARADC的误差曲线进行分段，并进行线性拟合补偿。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

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，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、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、CD-ROM、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。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、嵌入式计算机或者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。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种SARADC线性度补偿方法，其特征在于，包括：

获取SARADC误差曲线，对所述SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线；

对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线；

根据第二误差子曲线，得到补偿曲线；

根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值；

基于所述对应的补偿误差值，对所述待补偿SARADC的实际转换结果数据进行补偿，获取补偿后的转换结果数据。

2.根据权利要求1所述的线性度补偿方法，其特征在于，所述SARADC误差曲线为SARADC的积分非线性INL曲线，所述INL曲线的横轴为编码值，纵轴为积分非线性误差，横轴与纵轴的单位均为LSB。

3.根据权利要求2所述的线性度补偿方法，其特征在于，对所述SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线，包括：

确定所述SARADC误差曲线的分段区间间隔，所述分段区间间隔为2ⁿLSB，n为根据待补偿ADC的位数确定，n为正整数；

基于所述分段区间间隔，将所述SARADC误差曲线沿横轴方向分段，得到多段第一误差子曲线。

4.根据权利要求1所述的线性度补偿方法，其特征在于，所述对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线，包括：

获取每一段第一误差子曲线上的多个误差点，基于所述多个误差点，拟合成相应类型的每一段第二误差子曲线，其中，基于待补偿ADC的内部结构，确定拟合后的每一段第二误差子曲线的类型。

5.根据权利要求1所述的线性度补偿方法，其特征在于，所述补偿曲线是与第二误差子曲线的每一段一一对应的互补的曲线，所述补偿曲线的类型与对应的第二误差子曲线的类型相同。

6.根据权利要求4或5所述的线性度补偿方法，其特征在于，所述第二误差子曲线的类型为一次线性曲线或二次曲线。

7.根据权利要求1所述的线性度补偿方法，其特征在于，所述根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值，包括：

多次测量同一个待转换模拟信号经过待补偿SARADC转换后的实际转换结果数据；

将多次测量得到的实际转换结果数据进行平均，得到平均实际转换结果数据；

以所述平均实际转换结果数据为横轴数据，在多段第二误差子曲线中找到对应的第二误差子曲线段，且在所述第二误差子曲线段所对应的补偿曲线段中找到对应的补偿误差值。

8.一种SARADC线性度补偿方法，其特征在于，包括：

当环境温度对待补偿SARADC的线性度误差影响程度大于设定程度阈值时，基于权利要求1所述的SARADC的线性度补偿方法对每一个温度点下的待补偿ADC的实际转换结果数据进行补偿，得到补偿后的转换结果数据。

9.一种SARADC线性度补偿系统，其特征在于，包括：

分段模块，用于获取SARADC误差曲线，对所述SARADC误差曲线进行分段，得到多段第一误差子曲线；

拟合模块，用于对每一段第一误差子曲线进行拟合，得到拟合后的每一段第二误差子曲线；

获取模块，用于根据第二误差子曲线，获取对应的补偿曲线；

查找模块，用于根据待补偿SARADC的实际转换结果数据，找到对应的第二误差子曲线所对应的补偿曲线，并在所述补偿曲线中获取对应的补偿误差值；

补偿模块，用于基于所述对应的补偿误差值，对所述待补偿SARADC的实际转换结果数据进行补偿，获取补偿后的转换结果数据。

10.一种用于线性度补偿的芯片，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行权利要求1-8任一项所述的SARADC线性度补偿方法。

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