RU210134U1 - Фоновая калибровка аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения - Google Patents

Фоновая калибровка аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения Download PDF

Info

Publication number
RU210134U1
RU210134U1 RU2021133241U RU2021133241U RU210134U1 RU 210134 U1 RU210134 U1 RU 210134U1 RU 2021133241 U RU2021133241 U RU 2021133241U RU 2021133241 U RU2021133241 U RU 2021133241U RU 210134 U1 RU210134 U1 RU 210134U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
direct
inverse
digital
analog
output code
Prior art date
Application number
RU2021133241U
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Юрьевич Худяков
Original Assignee
Юрий Юрьевич Худяков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Юрьевич Худяков filed Critical Юрий Юрьевич Худяков
Priority to RU2021133241U priority Critical patent/RU210134U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU210134U1 publication Critical patent/RU210134U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области аналого-цифровых преобразователей последовательного приближения. Техническим результатом является улучшение технических характеристик АЦП, которое заключается в уменьшении интегральной и дифференциальной нелинейностей и увеличении эффективной разрядности. Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения с фоновой калибровкой характеризуется наличием: схемы сравнения; блока захвата аналогового сигнала; цифроаналогового преобразователя с уменьшенным основанием системы счисления; регистров прямого и обратного преобразования; блоков умножения для вычисления прямого и обратного кодов; блока управления регистрами прямого и обратного преобразований; адаптивного фильтра, предназначенного для определения весовых коэффициентов, необходимых для вычисления прямого и обратного кодов блоками умножений; блока корректировки выходного кода, предназначенного для определения выходного кода как среднеарифметическое между найденными преобразованиями с подстройкой по усилению для компенсации разброса весовых коэффициентов. 4 ил.

Description

Область техники
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к калибровке аналого-цифровых преобразователей (АЦП), и может быть использована в АЦП последовательного приближения для уменьшения статических и динамических ошибок преобразования аналогового сигнала.
Уровень техники
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявленному техническому решению является калибровка АЦП последовательного приближения, основанная на возмущении ([1]. Wenbo L., Pingli Η., Yun Ch. A 12-bit, 45-MS/s, 3-mW Redundant Successive-Approximation-Register Analog-to-Digital Converter With Digital Calibration // IEEE - 2011. - Vol. 46, P. 2661 - 2672; [2]. Chao C, Qian Y., Zhangming Z. A background digital calibration of split-capacitor 16-bit SAR ADC with sub-binary architecture // Microelectronics Journal - 2015. - Vol. 46, P. 795-800), в котором используется дополнительный конденсатор в емкостном цифроаналоговом преобразователе (ЦАП) для задания возмущения и адаптивный фильтр для компенсации ошибки преобразования.
Недостатком способа калибровки является уменьшение динамического диапазона АЦП из-за введения возмущения; по краям выходного кода появляются нелинейные искажения, увеличивающие статические и динамические ошибки.
Раскрытие сущности полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к улучшению технических характеристик АЦП.
Улучшение технических характеристик заключается в уменьшении интегральной и дифференциальной нелинейностей и увеличении эффективной разрядности, увеличении динамического диапазона выходного кода.
Технический результат достигается тем, что ошибка на входе адаптивного фильтра вычисляется между прямым и обратным преобразованиями, и выходной код определяется как среднеарифметическое между найденными преобразованиями с подстройкой по усилению для компенсации разброса весовых коэффициентов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведена структурная схема аналого-цифрового преобразователя с фоновой калибровкой.
На фиг. 2 приведена функциональная электрическая схема адаптивного фильтра.
На фиг. 3 приведены результаты моделирования АЦП с фоновой калибровкой.
На фиг. 4 приведены результаты моделирования АЦП без фоновой калибровки. Осуществление полезной модели
Фоновая калибровка АЦП последовательного приближения содержит схему сравнения 1, блок захвата аналогового сигнала 2, ЦАП 3 с уменьшенным основанием системы счисления, регистр 4 прямого преобразования, регистр 5 обратного преобразования, блок управления 6, адаптивный фильтр 7, блок корректировки выходного кода 8, блок умножения 9 для вычисления прямого кода, блок умножения 10 для вычисления обратного кода.
Фоновая калибровка АЦП последовательного приближения работает следующим образом.
Преобразование АЦП последовательного приближения начинается с фазы выборки блоком захвата аналогового сигнала 2 некоторого напряжения uвх (фиг. 1). Затем последовательно разрешается прямое преобразование, начиная со старшего разряда. На вход ЦАП 3 поступает код 100..000, схема сравнения 1 определяет знак («1» - в случае, если uвх больше напряжения ЦАП, иначе - «0»), инвертированное значение записывается в старший разряд регистра. Потом в зависимости от результата схемы сравнения 1 блоком управления 6 разрешается следующий бит, на вход ЦАП 3 поступает код либо 010..000 в случае «1», либо 110..000 в случае «0». Операция выполняется до тех пор, пока не разрешится последний бит.Полученная битовая последовательность записывается в регистр 4 прямого преобразования. Далее разрешается обратное преобразование. На вход ЦАП 3 поступает код 011..111, схема сравнения 1 определяет знак («1» - в случае, если uвх больше напряжения ЦАП, иначе - «0»), инвертированное значение записывается в старший разряд регистра. Потом в зависимости от результата схемы сравнения 1 блоком управления 6 разрешается следующий бит, на вход ЦАП 3 поступает код либо 001..111 в случае «1», либо 101..111 в случае «0». Операция выполняется до тех пор, пока не разрешится последний бит. Полученная битовая последовательность записывается в регистр 5 обратного преобразования. После получения прямого и обратного преобразований, вычисляется прямой и обратный коды с помощью блоков умножения 9 и 10 соответственно:
Figure 00000001
Figure 00000002
,
где bdi, bri - биты прямого и обратного преобразования, Wi - весовые коэффициенты.
Весовые коэффициенты необходимые для вычисления прямого и обратного кодов блоками умножений 9, 10 определяются адаптивным фильтром (2), как:
Figure 00000003
,
где μw, μΔ - коэффициенты приращения, выбираемые эмпирическим путем для осуществления сходимости калибровки. Функциональная электрическая схема адаптивного фильтра представлена на фиг. 2. Блок корректировки выходного кода 8 выполняет следующее математическое преобразования:
Figure 00000004
,
где N - разрядность АЦП,
Figure 00000005
- сумма весовых коэффициентов.
Для получения технического результата необходимо, чтобы ЦАП 3 (фиг. 1) имел систему счисления с уменьшенным основанием.
Работу устройства рассмотрим для случая фоновой калибровки 12-битного АЦП последовательного приближения на переключаемых конденсаторах с разделяющей емкостью. Пусть относительный номинал емкостей старшего массива CMSB = [98,5 53,5 29 5,5 8,5 4,5 2,5 1,5 1], относительный номинал емкостей младшего массива CLSB = [9.5 5 2.5 1.5 1 0.5 0.5], относительный номинал разделяющей емкости CB = 2, относительный номинал фиктивной емкости CX = 15,5, весовые коэффициенты W = [1871,5 1016,5 551 294,5 161,5 85,5 47,5 28,5 19 9,5 5 2,5 1,5 1 0,5 0,5], среднеквадратичное отклонение нормального распределения номиналов емкостей σ = 0,8%, коэффициенты приращения μw = 2-11, μΔ = 2-4.
После 100 забросов максимальная и минимальная ошибки интегральной и дифференциальной нелинейности составили εINL,max = 0,46 LSB, εINL,min = -0,55 LSB, εDNL,max = 0,78 LSB. εDNL,min = -0,70 LSB (Фиг. 3), a минимальная эффективная разрядность ENOBmin = 11,64 эффективных бита. Измерение статических характеристик проводилось с помощью медленного линейно нарастающего сигнала на входе АЦП.
Следует заметить, что после завершения калибровочного процесса, не наблюдается значительного увеличения (больше 1 LSB) ошибок интегральной и дифференциальной нелинейностей по краям выходного кода (фиг. 3). Максимальное и минимальное значение интегральной и дифференциальной нелинейностей, изображенные пунктирной линией, а также типичное измерение ошибок до калибровки показаны на фиг. 4.
Таким образом, предложенная фоновая калибровка АЦП последовательного приближения позволяет устранить недостаток калибровки аналога-прототипа, связанный с увеличением интегральной и дифференциальной ошибок и уменьшением эффективной разрядности по краям выходного кода, то есть имеет место улучшение технических характеристик АЦП.

Claims (1)

  1. Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения с фоновой калибровкой, характеризующийся наличием: схемы сравнения; блока захвата аналогового сигнала; цифроаналогового преобразователя с уменьшенным основанием системы счисления; регистров прямого и обратного преобразования; блоков умножения для вычисления прямого и обратного кодов; блока управления регистрами прямого и обратного преобразований; адаптивного фильтра, предназначенного для определения весовых коэффициентов, необходимых для вычисления прямого и обратного кодов блоками умножений; блока корректировки выходного кода, предназначенного для определения выходного кода как среднеарифметическое между найденными преобразованиями с подстройкой по усилению для компенсации разброса весовых коэффициентов.
RU2021133241U 2021-11-15 2021-11-15 Фоновая калибровка аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения RU210134U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021133241U RU210134U1 (ru) 2021-11-15 2021-11-15 Фоновая калибровка аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021133241U RU210134U1 (ru) 2021-11-15 2021-11-15 Фоновая калибровка аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU210134U1 true RU210134U1 (ru) 2022-03-29

Family

ID=81076441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021133241U RU210134U1 (ru) 2021-11-15 2021-11-15 Фоновая калибровка аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU210134U1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1169160A1 (ru) * 1981-12-31 1985-07-23 Предприятие П/Я М-5075 Аналого-цифровой преобразователь
SU1248067A1 (ru) * 1985-01-11 1986-07-30 Предприятие П/Я А-7873 Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближени
SU1499496A1 (ru) * 1987-12-02 1989-08-07 Организация П/Я М-5222 Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближени
RU2275739C2 (ru) * 2004-07-23 2006-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения
US9385740B2 (en) * 2014-11-07 2016-07-05 Mediatek Inc. SAR ADC and method thereof
RU199113U1 (ru) * 2020-03-12 2020-08-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" Последовательный преобразователь двухполярного напряжения в двоичный код последовательного приближения
US10868555B2 (en) * 2017-12-05 2020-12-15 Nxp B.V. Successive approximation register (SAR) analog-to-digital converter (ADC), radar unit and method for improving harmonic distortion performance

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1169160A1 (ru) * 1981-12-31 1985-07-23 Предприятие П/Я М-5075 Аналого-цифровой преобразователь
SU1248067A1 (ru) * 1985-01-11 1986-07-30 Предприятие П/Я А-7873 Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближени
SU1499496A1 (ru) * 1987-12-02 1989-08-07 Организация П/Я М-5222 Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближени
RU2275739C2 (ru) * 2004-07-23 2006-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения
US9385740B2 (en) * 2014-11-07 2016-07-05 Mediatek Inc. SAR ADC and method thereof
US10868555B2 (en) * 2017-12-05 2020-12-15 Nxp B.V. Successive approximation register (SAR) analog-to-digital converter (ADC), radar unit and method for improving harmonic distortion performance
RU199113U1 (ru) * 2020-03-12 2020-08-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" Последовательный преобразователь двухполярного напряжения в двоичный код последовательного приближения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4890561B2 (ja) 補正dacを含むデジタル補正sar変換器
CN113037287B (zh) 一种高精度逐次逼近性模数转换器的后台校准方法及系统
US7501965B2 (en) Correcting for errors that cause generated digital codes to deviate from expected values in an ADC
KR101182402B1 (ko) 순차 접근 아날로그-디지털 변환기
CN110350918B (zh) 一种基于最小均方算法的数字后台校正方法
CN110768670B (zh) 一种用于逐次逼近型模数转换器的数字分段线性校准方法
US11146282B1 (en) Calibration of residual errors using least-mean-squares (LMS) and stochastic-gradient methods for an analog-to-digital converter (ADC) with a pre-calibrated lookup table
CN104242935A (zh) 一种sar adc分段电容失配的校正方法
CN111654285B (zh) 一种pipelined SAR ADC电容失配和增益误差的数字后台校准方法
CN111565042B (zh) 一种适用于两步式adc的校正方法
TW202101914A (zh) 類比數位轉換器之校正電路及校正方法
CN109120263B (zh) 一种基于数字调制校正的逐次逼近模数转换器
US5977894A (en) Digital calibration for analog-to-digital converters with implicit gain proration
CN113271102B (zh) 流水线模数转换器
RU210134U1 (ru) Фоновая калибровка аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения
CN110739968B (zh) 适用于过采样sar adc的电容失配误差整形开关电路及方法
CN111371456B (zh) 全动态范围ns sar adc中的二阶失配误差整形技术
Guan et al. A low-cost digital-domain foreground calibration for high resolution SAR ADCs
CN114301463A (zh) 一种基于帕多瓦数列的非二进制电容阵列逐次逼近型模数转换器电路及工作方法
Wu et al. A Digital Background Calibration Algorithm of Pipelined ADC Based on Pesudo-Random Sequence
Inoue et al. Non-binary cyclic and binary SAR hybrid ADC
Fatemi-Behbahani et al. A new digital background calibration for redundant radix-4 pipelined ADCs by modeling of adaptive filter for linear and nonlinear errors
TWI763525B (zh) 類比數位轉換器及其操作方法
CN114826263B (zh) 一种应用于分段式逐次逼近模数转换器的浮空节点校准方法
US20230412182A1 (en) Ad converter