无采保流水线模数转换器的校准方法和装置与流程

1.本发明涉及模数转换器技术领域，特别涉及一种无采保流水线模数转换器的校准方法和装置。


背景技术：

2.模数转换器(adc)用于将输入的模拟信号转换成数字信号，广泛运用于无线通信、高端测试设备、图像语音处理等领域。近年来，为了在降低模数转换器功耗的同时获得高性能的模数转换器，无采保(sha-less，指未设置采样保持电路)流水线模数转换器逐渐进入研究范畴内。然而，无采保流水线模数转换器使用时会引入额外的动态比较器失调，由动态比较器失调会导致模数转换器的孔径误差增大。动态比较器失调具体是指，adc结构中每级sub-adc与mdac两采样通路间采样延时不匹配造成的输出失调。动态比较器失调会造成输出余差超出冗余的上限，进而造成失码，降低线性度和恶化adc整体性能。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术问题，本技术提供一种无采保流水线模数转换器的校准方法和装置，以解决现有的无采保流水线模数转换器的动态比较器失调问题。
4.本技术提供一种无采保流水线模数转换器的校准方法，所述无采保流水线模数转换器包括顺序连接的n级电路和数字逻辑单元，其中第一级电路用于实时对输入信号采样得到采样点，所述校准方法包括：
5.对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到所述当前采样点的余差；其中，所述当前采样点由所述第一级电路对输入信号采样得到；所述当前采样点的每一级数字码，由所述无采保流水线模数转换器包含的对应级的电路输出；
6.获得所述当前采样点对应的递增区间均值和递减区间均值；其中，所述递增区间均值由已获得的每一个和所述当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于所述输入信号的递增区间的采样点的余差计算得到；所述递减区间均值由已获得的每一个和所述当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于所述输入信号的递减区间的采样点的余差计算得到；
7.对所述递增区间均值和所述递减区间均值进行运算，得到均值偏差；
8.判断所述均值偏差是否在预设的偏差范围内；
9.若所述均值偏差不在所述偏差范围内，根据所述均值偏差调整所述无采保流水线模数转换器的采样延时；
10.将所述第一级电路采样得到的后一个采样点作为当前采样点，返回执行所述对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到所述当前采样点的余差步骤，直至所述均值偏差在所述偏差范围内为止，以完成对所述无采保流水线模数转换器的校准。
11.本技术还提供一种无采保流水线模数转换器的校准装置，所述无采保流水线模数
转换器包括顺序连接的n级电路和数字逻辑单元，其中第一级电路用于实时对输入信号采样得到采样点，所述校准装置包括：
12.计算单元，用于对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到所述当前采样点的余差；其中，所述当前采样点由所述第一级电路对输入信号采样得到；所述当前采样点的每一级数字码，由所述无采保流水线模数转换器包含的对应级的电路输出；
13.获得单元，用于获得所述当前采样点对应的递增区间均值和递减区间均值；其中，所述递增区间均值由已获得的每一个和所述当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于所述输入信号的递增区间的采样点的余差计算得到；所述递减区间均值由已获得的每一个和所述当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于所述输入信号的递减区间的采样点的余差计算得到；
14.运算单元，用于对所述递增区间均值和所述递减区间均值进行运算，得到均值偏差；
15.判断单元，用于判断所述均值偏差是否在预设的偏差范围内；
16.调整单元，用于若所述均值偏差不在所述偏差范围内，根据所述均值偏差调整所述无采保流水线模数转换器的采样延时；
17.所述计算单元，用于将所述第一级电路采样得到的后一个采样点作为当前采样点，返回执行所述对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到所述当前采样点的余差步骤，直至所述均值偏差在所述偏差范围内为止，以完成对所述无采保流水线模数转换器的校准。
18.本技术提供一种无采保流水线模数转换器的校准方法，无采保流水线模数转换器包括顺序连接的n级电路和数字逻辑单元，其中第一级电路用于实时对输入信号采样得到采样点，校准方法包括：对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差；其中，当前采样点由第一级电路对输入信号采样得到；当前采样点的每一级数字码，由无采保流水线模数转换器包含的对应级的电路输出；获得当前采样点对应的递增区间均值和递减区间均值；其中，递增区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的余差计算得到；递减区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递减区间的采样点的余差计算得到；对递增区间均值和递减区间均值进行运算，得到均值偏差；判断均值偏差是否在预设的偏差范围内；若均值偏差不在偏差范围内，根据均值偏差调整无采保流水线模数转换器的采样延时；将第一级电路采样得到的后一个采样点作为当前采样点，返回执行对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差步骤，直至均值偏差在偏差范围内为止，以完成对无采保流水线模数转换器的校准。本发明利用相应区间内余差的均值进行校准，余差的均值能够避免较大离散值，pvt变化，运放建立过程和静态误差等因素的干扰，更准确的表征孔径误差的大小，因此本方案能够更准确的校准模数转换器，消除动态比较器失调。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本技术实施例提供的一种无采保流水线模数转换器的结构示意图；
21.图2为本技术实施例提供的一种输入信号为正弦信号时，无采保流水线模数转换器的第一级电路输出的余差曲线示意图；
22.图3为本技术实施例提供的一种无采保流水线模数转换器的校准方法的流程图；
23.图4为本技术实施例提供的任一区间的均值的计算方法的流程图；
24.图5为本技术实施例提供的又一种无采保流水线模数转换器的第一级电路输出的余差曲线示意图；
25.图6为本技术实施例提供的一种无采保流水线模数转换器的校准装置的结构示意图。
具体实施方式
26.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。
27.首先结合图1所示的无采保流水线模数转换器的结构，对无采保(采保，指代采样保持电路)流水线模数转换器(下文简称为模数转换器)的工作原理进行简要说明。
28.如图1所示，一个模数转换器可以包括n级电路，即图1中标示的stage1至stagen，以及一个数字逻辑单元，其中每一级电路的结构均与图1中示出的第一级电路的结构一致，也就是均包括一个比较器subadc(子模数转换器)模块，一个subdac(子数模转换器)模块和一个运算放大器，其中，比较器subadc还连接有一个可配置的延时模块，用于控制比较器subadc的采样延时。
29.模数转换器工作时，其中第一级电路的subadc直接对输入信号(即需要进行模数转换的模拟信号)进行采样，获得的每一个采样点的电压值vin会经过subadc转换，得到这个采样点的一级数字码(也就是由模数转换器的一级电路输出的数字码)，同时一级数字码会输入一级电路的subdac模块，由subdac模块将一级数字码再次转换为模拟量，最后，上述模拟量和输入信号中对应位置的电压值作差，得到的差值经过后续的运算放大器放大，得到第一级电路输出的余差信号(简称余差，信号的大小用余差电压vres表示)。
30.之后的第二级电路至第n级电路均按上述方式处理相应的输入信号，得到本级电路输出的数字码，也就是得到二级数字码至n级数字码，其中，对于第一级电路之后的每一级电路，其输入信号为前一级电路输出的余差，即，第二级电路按上述方法处理第一级电路输出的余差，得到二级数字码，同时输出第二级电路的余差，第三级电路按上述方法处理第二级电路输出的余差，得到三级数字码，同时输出第三级电路的余差，以此类推。
31.最终，第一级电路从需要转换的模拟信号采样得到的一个采样点，会经过上述多级电路转换为一级至n级，共计n个数字码，如图1所示，上述数字码均会输出至数字逻辑单元，数字逻辑单元对这n个数字码进行运算，从而将当前采样得到的这个采样点的电压值转
换为一个m 1位的二进制数值。
32.图2为模数转换器的第一级电路输出的余差随输入信号变化的曲线，即第一级电路的余差曲线，曲线的横坐标为输入信号的电压值，纵坐标为第一级电路输出的余差电压的电压值，曲线上的任意一点(x，y)，表示，当采样到输入信号上电压值为x的一个采样点时，第一级电路输出的余差电压的电压值为y。
33.需要说明的是，若将图2中每两条相邻的虚线1之间的间隔确定为一个区间，将每两条相邻的虚线2之间的间隔确定为一个区间，各个区间用图2下方的箭头表示，则位于同一个位置的两个区间内所包含的采样点的一级数字码相同，例如，图2最左侧的两个区间为1a和1b，其中1a由最左侧的两条虚线1所确定，1b由最左侧的两条虚线2所确定，那么，对于两个采样点c和d，若c和d均位于区间1a内，或者均位于区间1b内，或者一个位于区间1a，另一个位于区间1b，则这两个采样点的一级数字码相同。因此，可以通过采样点的一级数字码，确定该采样点具体在图2中的第几个区间，然后进一步根据采样点的斜率是否大于0(也就是根据采样点属于输入信号的递增区间还是递减区间)，具体确定出采样点属于a区间还是b区间。
34.也就是说，图2中，区间1a和区间1b的采样点具有相同的一级数字码，同理，区间2a和区间2b的采样点也具有相同的一级数字码，后续区间类似。
35.如图2所示，由于孔径误差的存在，输入信号的递增区间内的余差曲线和递减区间内的余差曲线并不完全重合，例如，当输入信号处于递增区间内时，第一级电路的余差电压可能沿图2中的虚线1所确定的曲线变化，当输入信号处于递减区间时，第一级电路的余差电压则会沿图2中虚线2所确定的曲线变化。相对的，就可能出现输入信号上电压值相等的两个采样点，即在图2的余差曲线上横坐标均为x的两个采样点，其中位于输入信号的递增区间的采样点，对应的余差为y1，而位于输入信号的递减区间的采样点余差为y2。
36.并且，这种情况会随着孔径误差的增大而加剧，即，孔径误差越大，则输入信号递增时的余差曲线和递减时的余差曲线之间的偏差就越大。同时，模数转换器的动态比较器失调会导致孔径误差增大，动态比较器失调越严重，则孔径误差越大。
37.因此，可以利用输入信号递减时的余差和输入信号递增时的余差之间的偏差值，表征动态比较器失调的情况，进而根据这一偏差值对模数转换器的采样延时进行调整。
38.综上所述，本技术提供一种无采保流水线模数转换器的校准方法，请参考图3，该方法可以包括如下步骤：
39.需要说明的是，为了获得良好的校准效果，可以对校准过程中输入模数转换器的输入信号的频率进行控制，使输入信号为符合下述两种条件中的任意一种：
40.第一种条件，输入信号为单音信号，即输入信号是具有单一频率的正弦信号。
41.第二种条件，输入信号由多种频率的正弦信号复合得到，但是输入信号的带宽位于一个奈奎斯特区间内，即输入信号的带宽不会跨奈奎斯特区间。
42.s301、对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差。
43.第一级电路之后的每一级电路，均预先设定有对应的加权系数，加权系数逐级递减，即第二级电路的加权系数最高，第三级的加权系数低于第二级，第四级低于第三级，以此类推。
44.可选的，上述加权系数可以根据其他校准过程的输入进行微调，例如电容失配校准过程。
45.如前文所述，对于每一个采样点，模数转换器的每一级电路都会输出该采样点在本级电路的一个数字码，如假设模数转换器包括一级电路，二级电路和三级电路，则对于当前采样点，上述电路会分别输出当前采样点的一级数字码，二级数字码和三级数字码。
46.结合上述例子，在步骤s301中，就可以按预先为配置给二级电路的加权系数和三级电路的加权系数，对当前采样点的二级数字码和三级数字码进行加权求和，然后将加权求和的结果，确定为当前采样点在第一级电路处的余差，由于本技术所提供的校准方法并不涉及除第一级电路外其他级电路的余差，因此，下文所述的余差，统一理解为，第一级电路输出的余差。
47.其中，当前采样点由第一级电路对输入信号采样得到；当前采样点的每一级数字码，由无采保流水线模数转换器包含的对应级的电路输出。
48.s302、获得当前采样点对应的递增区间均值和递减区间均值。
49.其中，递增区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的余差计算得到；递减区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递减区间的采样点的余差计算得到。
50.需要说明的是，针对图2所划分的区间，每一个区间内的采样点的余差均会计算得到一个均值，且每两个区间之间互不干扰。
51.也就是说，对于区间1a，可以用模数转换器启动后采样得到的所有位于区间1a内的采样点的余差，计算得到区间1a的均值，对于区间1b，则可以用采样得到的所有位于区间1b内的采样点的余差计算得到区间1b的均值，同理可以计算出区间2a，区间2b的均值，以此类推。
52.步骤s302具体包括：
53.若当前采样点属于输入信号的递增区间，利用当前采样点的余差，以及在当前采样点之前采样得到的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的余差，计算得到递增区间均值，并读取预先计算得到的递减区间均值；
54.若当前采样点属于输入信号的递减区间，利用当前采样点的余差，以及在当前采样点之前采样得到的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递减区间的采样点的余差，计算得到递减区间均值，并读取预先计算得到的递增区间均值。
55.其中，当前采样点具体属于输入信号的递增区间还是递减区间，可以利用包含当前采样点在内的连续三个采样点对应的输入电压值来确定。例如，输入信号中，当前采样点的电压值为a1，前一个采样点的电压值为a2，后一个采样点的电压值为a0，若a1大于a2，且a1小于a0，即数列a2，a1，a0为递增的数列，则可以确定当前采样点属于输入信号的递增区间，反之，若a1小于a2，且a1大于a0，即数列a2，a1，a0为递减的数列则可以确定当前采样点属于输入信号的递减区间，对于其他情况，如a1同时大于a2和a0，或者a1同时小于a2和a0，则确定当前采样点不属于递增区间，且不属于递减区间，即不将当前采样点计入递增或递减区间。
56.进一步需要说明的，在本技术的动态校准流程中，对于采样得到的每一个采样点
均会进行上述判断，若判断出该采样点属于递增区间或者属于递减区间，则根据该采样点的一级数字码确定该采样点属于图2中的哪一个区间，若判断出该采样点不属于递增区间，且不属于递减区间，则不将这个采样点归类至图2的任意一个区间，相应的，当计算任意一个区间的均值时，也不会将不属于递增区间，且不属于递减区间的采样点的余差用于计算。
57.举例来说，假设目前累计从输入信号采样得到11个采样点，这11个采样点的一级数字码为图2中区间5所对应的一级数字码，采用前述方法判断这11个采样点在输入信号中所属区间时，确定其中第1至第10个采样点符合连续三个采样点的电压值递增的条件，因此确定出第1至第10个采样点输入输入信号的递增区间，将第1至第10个采样点归类于图2的5a区间，而第11个采样点既不属于递增区间，也不属于递减区间，因此不将第11个采样点归类至图2中的5a区间，也不将其归类至5b区间。
58.当后续需要计算图2中5a区间的均值时，将前述第1至第10个采样点的余差用于计算均值，而第11个采样点的余差则不用于计算均值。
59.具体的，在步骤s302中，首先可以根据当前采样点的一级数字码，确定当前采样点位于图2所示的区间1至5中的哪一个区间，例如确定当前采样点位于区间1，然后进一步根据当前采样点的斜率判断当前采样点属于输入信号的递增区间还是递减区间，从而确定当前采样点属于相应位置的a区间还是b区间。
60.根据上述说明，在确定出当前采样点所属的区间之后，一方面，利用当前采样点的余差，更新当前采样点所属的区间的均值，也就是利用当前采样点的余差，和在当前采样点之前已经采样得到的所有属于同一区间的采样点的余差，计算得到一个均值，另一方面，以相同过程计算得到一级数字码相同，但是对应的增减特性不相同的另一个区间的均值。
61.对步骤s302举例说明如下：
62.第一级电路对输入信号采样得到当前采样点之后，通过识别当前采样点的一级数字码，并根据当前采样点的斜率确定当前采样点属于输入信号中的递增区间，由此确定当前采样点属于图2所示的1a区间，于是，读取当前采样点的余差，以及在当前采样点之前采样得到的每一个属于1a区间的采样点的余差，利用这些余差计算得到计入当前采样点的余差之后1a区间的均值，由于1a区间包含的采样点属于输入信号的递增区间，因此计算得到的均值就是前述当前采样点对应的递增区间均值。
63.随后，找到当前采样点的一级数字码对应的递减区间对应的均值，也就是图2所示的1b区间的均值，如前文所述，此时可以直接用在当前采样点之前采样得到的位于1b区间的采样点的余差计算得到均值，若之前已经计算并保存相应的均值，则可以直接读取。在本例中，1b区间所包含的采样点属于输入信号的递减区间，且具有和当前采样点一致的一级数字码，因此，获得的1b区间的均值，就是步骤s302所述的当前采样点对应的递减区间均值。
64.s303、对递增区间均值和递减区间均值进行运算，得到均值偏差。
65.具体的，均值偏差可以包括第一均值偏差和第二均值偏差，其中，第一均值偏差由当前采样点对应的递增区间均值减去递减区间均值得到，第二均值偏差由当前采样点对应的递减区间均值减去递增区间均值得到。
66.s304、判断均值偏差是否在偏差范围内。
67.上述偏差范围，可以是一个预先设定的偏差阈值，相应的，步骤s304所述的判断具
体可以包括：
68.判断第一均值偏差是否大于预设的偏差阈值；
69.若第一均值偏差大于偏差阈值，判断出均值偏差不在预设的偏差范围内；
70.若第一均值偏差不大于偏差阈值，判断第二均值偏差是否大于偏差阈值；
71.若第二均值偏差大于偏差阈值，判断出均值偏差不在偏差范围内；
72.若第二均值偏差不大于偏差阈值，判断出均值偏差在偏差范围内。
73.若均值偏差不在偏差范围内，执行步骤s305，若均值偏差在偏差范围内，则确定本次对模数转换器的动态比较器失调的校准已完成，本方法结束。
74.s305、根据均值偏差调整无采保流水线模数转换器的采样延时。
75.步骤s305所述的采样延时，由图1所示的延时模块输出的时钟信号控制，因此，调整采样延时，相当于是调整延时模块输出的时钟信号，而延时模块输出的时钟信号可以由可变延时线(variable delay line，vdl)信号(记为d_ap)控制。因此调整采样延时的具体方式可以是：
76.若需要上调采样延时，则增大d_ap，具体可以是令d_ap在原有数值的基础上加1，也就是令d_ap＝d_ap 1；
77.若需要下调采样延时，则减小d_ap，具体可以是令d_ap在原有数值的基础上减1，也就是令d_ap＝d_ap－1。
78.每次执行步骤s305时具体选择上调还是下调采样延时，可以根据当前计算得到的均值偏差，以及斜率判断标识当前的数值确定，具体策略如下：
79.若斜率判断标识的数值为0，且第一均值偏差大于偏差阈值，上调无采保流水线模数转换器的采样延时；
80.若斜率判断标识的数值为0，且第二均值偏差大于偏差阈值，下调无采保流水线模数转换器的采样延时；
81.若斜率判断标识的数值为1，且第一均值偏差大于偏差阈值，下调无采保流水线模数转换器的采样延时；
82.若斜率判断标识的数值为1，且第二均值偏差大于偏差阈值，上调无采保流水线模数转换器的采样延时。
83.其中，斜率判断标识是一个预先设定的标识，该标识为一个一位二进制数，一般在开始执行本实施例的方法对模数转换器进行校准时，可以先将斜率判断标识的数值设定为0，在后续校准的过程中如果满足后续步骤中设定的修改斜率判断标识的条件，则可以变更斜率判断标识的数值。
84.在具体实施时，若斜率判断标识为0，则前述步骤s302中获得递增区间均值时，可以将递增区间均值记为average1，将递减区间均值记为average0，将第一均值偏差记为difference0，将第二均值偏差记为difference1，相应的：
85.difference0＝average1-average0；
86.difference1＝average0-average1。
87.也就是说，在斜率判断标识为0时，若第一均值偏差difference0大于偏差阈值，则上调采样延时，若第二均值偏差difference1大于偏差阈值，则下调采样延时。
88.需要说明的是，从上述公式可以看出，第一均值偏差和第二均值偏差实际是一对
相反数，因此，当其中任意一个均值偏差大于偏差阈值(偏差阈值是一个预先设定的正数)时，另一个均值偏差小于0，自然也小于偏差阈值。
89.若斜率判断标识为1，则步骤s302中，将获得的递增区间均值记为average0，将获得的递减区间均值记为average1，步骤s303中，将第一均值偏差记为difference1，将第二均值偏差记为difference0，计算公式与前文一致，仍然为：
90.difference0＝average1-average0；
91.difference1＝average0-average1。
92.此时，若第二均值偏差difference0大于偏差阈值，则上调采样延时，若第一均值偏差difference1大于偏差阈值，则下调采样延时。
93.s306、将第一级电路采样得到的后一个采样点作为当前采样点。
94.s307、判断是否需要修改斜率判断标识的数值。
95.若需要修改斜率判断标识的数值，执行步骤s308，若不需要修改斜率判断标识的数值，返回执行步骤s301。
96.修改斜率判断标识的数值的条件可以是，调整后的采样延时达到预设的延时上限或者延时下限，并且，当前的均值偏差的绝对值大于初始偏差的绝对值。
97.其中，延时上限和延时下限的具体数值由延时模块自身的性能决定。初始偏差，是指，模数转换器按初始延时工作时的均值偏差，初始延时，等于延时上限和延时下限的平均值。采样延时达到延时上限或者延时下限，相当于d_ap打满。
98.相应的，步骤s307中，具体可以判断调整后d_ap是否打满(也就是判断调整后的采样延时是否达到延时上限或者延时下限)，并判断当前的均值偏差，也就是步骤s303中计算得到的均值偏差的绝对值是否大于初始偏差的绝对值。
99.若上述两项判断的结果均为是，则判断出需要修改斜率判断标识的数值，若上述两项判断的结果中有至少一个为否，则判断出不需要修改斜率判断标识的数值。
100.s308、变更斜率判断标识的数值。
101.步骤s308执行结束后，返回执行步骤s301。
102.具体的，若执行步骤s308之前斜率判断标识为0，则通过步骤s308将斜率判断标识变更为1；若执行s308之前斜率判断标识为1，则通过步骤s308将斜率判断标识变更为0。
103.从上述流程可以看出，本实施例所提供的方法相当于是，在进入校准流程之后，每次获得一个采样点之后，根据该采样点的一级数字码和该采样点的斜率，确定中该采样点在图2所示的余差曲线中所属的区间，并将该采样点的余差计入其所属区间的均值中，也就是用该采样点的余差更新其所属区间的均值，然后获得对应于相同的一级数字码的另一个区间的均值，计算得到对应于同一个一级数字码(即当前获得的这个采样点的一级数字码)的这两个区间的均值之间的偏差，也就是均值偏差，最后判断均值偏差是否在设定的偏差范围内，若在偏差范围内，则本次校准完成，若不在偏差范围内，则根据均值偏差调整采样延时，继续获得下一个采样点，对下一个采样点重复上述流程，直至均值偏差进入偏差范围内为止。
104.从步骤s305可以看出，本实施例提供的校准方法实际上对采样延时的调整包括两种调整方向，第一种是，第一均值偏差(即递增区间均值减去递减区间均值)过大时，即第一均值偏差大于偏差阈值时，上调采样延时，第二均值偏差(即递减区间均值减去递增区间均
值)过大时，即第二均值偏差大于偏差阈值时，下调采样延时。
105.第二种是，第一均值偏差过大时，下调采样延时，第二均值偏差过大时，上调采样延时。
106.可以看出，两种调整方向完全相反，具体采用哪一种调整方向来调整采样延时，则通过斜率判断标识确定，斜率判断标识为0时采用第一种方向，斜率判断标识为1时采用第二种方向。
107.由此，如果斜率判断标识正确，也就是当前的调整方向符合模数转换器当前的动态比较器失调的情况，则沿该调整方向逐步调整采样延时，会使得均值偏差的绝对值减小，最终第一均值偏差和第二均值偏差都会小于前述偏差阈值，从而完成校准。
108.相反的，若斜率判断标识不正确，即当前的调整方向不符合模数转换器当前的动态比较器失调的情况，则沿该调整方向逐步调整采样延时，会导致均值偏差的绝对值随着采样延时的调整而变大，使得采样延时持续的被上调或者下调，直至达到延时上限(被上调时)或延时下限(被下调时)，也就是d_ap打满，例如，若当前采用的第一种调整方向不符合实际情况，并且第一均值偏差大于偏差阈值，则每次上调采样延时后，第一均值偏差会进一步增大，使得下一次调整仍然需要上调采样延时，直至采样延时达到延时上限。
109.若斜率判断标识不正确，当d_ap打满时，此时的均值偏差会大于初始偏差，满足步骤s307中修改斜率判断标识的条件，于是执行步骤s308，变更斜率判断标识的数值，这样在后续的校准过程中就可以切换至另一种调整方向继续对采样延时进行调整，直至完成对模数转换器的校准。
110.综上所述，本实施例提供的动态校准方法能够自动判断出当前设定的调整方向是否符合实际情况，并在当前的调整方向不符合实际情况时自动切换调整方向。
111.可选的，每次调整采样延时之后，可以重新进行图2所示的各个区间的均值的统计，也就是说，每次调整采样延时之后，可以清除之前计算得到的各个均值，以及每个区间各个采样点的余差之和，仅保留每个采样点的余差，在下次调整时再重新用对应区间的采样点的余差重新计算得到所需的数值。
112.可选的，为了进一步减小动态比较器失调所引起的孔径误差，可以限定上述实施例所述的调整方法仅针对图2所示的位于最中间区间内的采样点，也就是位于3a和3b两个区间的采样点执行，而不对其他区间的采样点执行。
113.也就是说，在获得当前采样点后，可以先根据当前采样点的一级数字码判断当前采样点是否属于图2所示的3a和3b区间中的任意一个区间，若属于，则执行后续步骤，若不属于3a和3b区间中的任意一个，则直接获得后一个采样点，然后再次进行上述判断。
114.本技术提供一种无采保流水线模数转换器的校准方法，无采保流水线模数转换器包括顺序连接的n级电路和数字逻辑单元，其中第一级电路用于实时对输入信号采样得到采样点，校准方法包括：对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差；其中，当前采样点由第一级电路对输入信号采样得到；当前采样点的每一级数字码，由无采保流水线模数转换器包含的对应级的电路输出；获得当前采样点对应的递增区间均值和递减区间均值；其中，递增区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的余差计算得到；递减区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号
的递减区间的采样点的余差计算得到；对递增区间均值和递减区间均值进行运算，得到均值偏差；判断均值偏差是否在预设的偏差范围内；若均值偏差不在偏差范围内，根据均值偏差调整无采保流水线模数转换器的采样延时；将第一级电路采样得到的后一个采样点作为当前采样点，返回执行对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差步骤，直至均值偏差在偏差范围内为止，以完成对无采保流水线模数转换器的校准。本发明利用相应区间内余差的均值进行校准，余差的均值能够避免较大离散值，pvt变化，运放建立过程和静态误差等因素的干扰，更准确的表征孔径误差的大小，因此本方案能够更准确的校准模数转换器，消除动态比较器失调。
115.本发明创新性地提出一种比较器失调校准技术，可用于低功耗gsps采样流水线的adc数字域实现，通过对数字域中各级电路输出的余差的迭代统计完成对模拟域的反馈，实现误差的后台实时校准。本方案能够避免统计过程中较大离散值和pvt变化的影响，避免运放建立过程对极值的非线性影响，避免其他静态误差造成的输出溢出对孔径误差校准的影响，更好地表征误差信息。通过后台校准的方式进行实时校准，保证adc工作的稳定性，使adc长期稳定地工作，并维持较高的输入带宽。
116.当下adc校准技术中，各种基于注入抖动(dither)的应用较为广泛，其主要用于注入运放有限级间增益、电容失配等误差的校准。本发明所设计的误差校准方法在注入抖动后，进行上述误差项校准的同时，比较器失调误差的提取和校准过程不受影响。
117.参考步骤s302，上述实施例所提供的校准方法，需要针对图2所示的任意一个区间，利用属于该区间的所有采样点的余差计算得到该区间的均值，请参考图4，具体计算方法可以包括如下步骤：
118.首先进行初始化，也就是执行步骤s401。
119.s401、将余差累计值sum设定为0，将均值average设定为0。
120.s402、将需要计算的区间内的第一个采样点确定为待计算采样点。
121.以图2所示的1a区间为例，若需要计算1a区间的均值，则步骤s401就是将采样得到的第一个属于1a区间的采样点确定为待计算采样点。
122.s403、读取待计算采样点的余差。
123.待计算采样点的余差记为res。
124.s404、将待计算采样点的余差和当前的均值之差，与当前的余差累计值相加，得到更新后的余差累计值。
125.步骤s404可以用下述公式表示：
126.sum＝sum (res－average)。
127.上述公式中，等号左侧为更新后的余差累计值，等号右侧为当前的余差累计值，也就是执行步骤s404之前的余差累计值。
128.s405、用更新后的余差累计值除以数量n，得到更新后的均值。
129.其中，数量n是当前已获得的，位于需要计算的区间内的所有采样点的数量，假设需要计算的区间是1a区间，且当前已获得500个属于1a区间的采样点，则数量n等于500。
130.步骤s405可以用下述公式表示：
131.average＝sum
÷
n。
132.公式中等号左侧的average就是更新后的均值。
133.s406、判断待计算采样点是否为最后一个采样点。
134.若否，则执行步骤s407，若否，则执行步骤s408。
135.最后一个采样点，是指，在需要计算的区间内最后一个采样得到的采样点，假设需要计算的区间是1a区间，且当前已获得500个属于1a区间的采样点，那么其中的第500个采样点就是最后一个采样点。
136.s407、将后一个采样点确定为待计算采样点。
137.后一个采样点，是指，执行步骤s407之前的待计算采样点的后一个采样点，如执行步骤s407之前，待计算采样点为1a区间的第一个采样点，则步骤s407相当于将1a区间的第二个采样点确定为待计算采样点。
138.s408、输出更新后的均值。
139.结合图4所示的方法，当步骤s302中需要利用当前采样点的余差，以及在当前采样点之前采样得到的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的余差，计算得到递增区间均值时，具体可以包括：
140.将递增区间均值和余差累计值均设置为0；
141.读取待计算采样点的余差；其中，待计算采样点指代采样得到的第一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点；
142.将待计算采样点的余差和当前的递增区间均值之差，与当前的余差累计值相加，得到更新后的余差累计值；
143.用更新后的余差累计值除以数量n，得到更新后的递增区间均值；其中，数量n为已获得的和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的总数；
144.若当前的待计算采样点不是已采样得到的最后一个符合和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间条件的采样点，将当前的待计算采样点的后一个符合和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间条件的采样点作为待计算采样点，返回执行读取待计算采样点的余差步骤；
145.若当前的待计算采样点是已采样得到的最后一个符合和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间条件的采样点，输出更新后的递增区间均值。
146.在当前采样点属于递减区间时，计算递减区间均值的过程和上述过程类似，只需要将其中的递增区间对应的替换为递减区间即可，不再详述。
147.如图3所示的实施例，可以理解为本技术所提供的用于校准模数转换器的动态比较器失调的方法，也就是动态校准方法，除上述方法以外，本技术所提供的校准方法，还可以包括，利用多个采样点的余差中的余差极大值和余差极小值，对模数转换器进行静态校准，也就是校准模数转换器的静态比较器失调，即静态校准方法。
148.首先需要说明的是，图1所示的模数转换器中，子模数转换模块subadc包含多个比较器。以包含6个比较器的subadc模块为例，下述对静态比较器失调的校准方法，实际就是对subadc所包含的这6个比较器分别进行校准。
149.请参考图5，第一级电路输出的余差曲线中，每当一级数字码发生变化时，余差曲线就会发生阶跃，也就是从曲线的峰值直接跳变至谷值，或者从谷值直接跳变至峰值。发生阶跃的位置一般和subadc包含的比较器的数量一致。
150.如图5所示，余差曲线中一共有6个阶跃位置，其中同一个阶跃位置处的两条虚线，分别表示输入信号递增时余差曲线发生的阶跃，和输入信号递减时发生的阶跃。图5中的每一处阶跃位置对应于第一级电路的subadc所包含的一个比较器，具体的对应关系可以预先测定，不同的阶跃位置可以通过一级数字码进行区分。
151.从图5可以看出，每一个阶跃位置处都有一个余差极大值(即阶跃位置处的平行四边形最高的顶点)和一个余差极小值(即阶跃位置处的平行四边形最低的顶点)。
152.综上所述，对静态比较器失调的校准方法可以包括：
153.当检测到第一级电路的任意一个比较器所对应的余差极大值和余差极小值时，将余差极大值和余差极小值相加，得到比较器对应的极值总和；
154.判断比较器对应的极值总和与0之间的偏差是否大于预设的最小步长；
155.若比较器对应的极值总和与0之间的偏差大于最小步长，调整比较器的负载晶体管的负载。
156.假设图5所示的阶跃位置1对应于subadc的比较器a，那么，针对比较器a，当检测到阶跃位置1的余差极大值和余差极小值之后，将余差极大值和余差极小值相加，得到比较器a对应的极值总和，随后判断比较器a对应的极值总和与0之间的偏差是否大于预设的最小步长，若比较器a对应的极值总和与0之间的偏差不大于预设的最小步长，则确定比较器a的失调已经被校准，若比较器a对应的极值总和与0之间的偏差大于预设的最小步长，则确定比较器a需要校准，于是通过调整比较器a的负载晶体管的负载的方式，校准比较器a。
157.具体的，当需要校准时，若比较器a对应的极值总和小于0，则可以按一定的步长增大比较器a的负载晶体管的负载，若比较器a对应的极值总和大于0，则可以按一定的步长减小比较器a的负载晶体管的负载。
158.调整负载晶体管的负载，可以通过变更负载晶体管的控制码的数值实现。
159.静态比较器失调一般由模数转换器加工时的工艺偏差导致，因此同一个模数转换器每一次使用时其静态比较器失调的幅度一般是固定的。
160.需要说明的是，上述针对静态比较器失调的校准方法，和图3所示的实施例所介绍的针对动态比较器失调的校准方法，可以分别进行，例如先进行静态比较器失调的校准，再进行动态比较器失调的校准，也可以同时进行，即同时执行针对静态比较器失调的校准和针对动态比较器失调的校准。
161.上述针对静态比较器失调的校准方法，采用对应阶跃位置处两极值之和(即前述极值总和)来表征静态比较器失调的幅度。受噪声等影响，阶跃位置处两极值不一定表征真实的稳定极值，但两极值之和可表征每区间平均偏移量，避免随机抖动的影响。当两极值之和偏离0达到校准的最小步长时，则对模拟域比较器预放大器中负载晶体管进行相应的调整，使余差曲线对称分布。
162.需要说明的是，针对静态比较器失调的校准，不需要对采样点的斜率进行判断，也就是不需要考虑采样点属于输入信号的递增区间还是递减区间。
163.可选的，每一次调整负载晶体管的负载之后，可以将之前记录的每一个阶跃位置处的余差极大值和余差极小值均复位，重新进行各个阶跃位置处的余差极大值和余差极小值的统计。
164.可选的，在同时针对动态比较器失调和静态比较器失调进行校准时，为避免校准
初期动态比较器失调导致和静态比较器失调均较大，而导致图5中阶跃位置处平行四边形不完整，在动态校准方法和静态校准方法二者之间引入握手信号，当执行动态校准方法的装置变更了vdl控制码(即d_ap)之后，对静态校准方法中统计的极值进行复位，也就是将之前统计的余差极大值和余差极小值清空，当执行静态校准方法的装置改变了负载晶体管的控制码，导致负载晶体管的负载发生变化时，将动态校准方法中计算得到的每个区间的余差的累计值和平均值复位，也就是将这些数值清零。
165.结合本技术实施例提供的无采保流水线模数转换器的校准方法，本技术实施例还提供一种无采保流水线模数转换器的校准装置，请参考图6，该校准装置可以包括如下单元：
166.计算单元601，用于对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差。
167.其中，当前采样点由第一级电路对输入信号采样得到；当前采样点的每一级数字码，由无采保流水线模数转换器包含的对应级的电路输出。
168.获得单元602，用于获得当前采样点对应的递增区间均值和递减区间均值。
169.其中，递增区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的余差计算得到；递减区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递减区间的采样点的余差计算得到。
170.运算单元603，用于对递增区间均值和递减区间均值进行运算，得到均值偏差。
171.判断单元604，用于判断均值偏差是否在预设的偏差范围内。
172.调整单元605，用于若均值偏差不在偏差范围内，根据均值偏差调整无采保流水线模数转换器的采样延时。
173.计算单元601，用于将第一级电路采样得到的后一个采样点作为当前采样点，返回执行对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差步骤，直至均值偏差在偏差范围内为止，以完成对无采保流水线模数转换器的校准。
174.可选的，获得单元602获得当前采样点对应的递增区间均值和递减区间均值时，具体用于：
175.若所述当前采样点属于所述输入信号的递增区间，利用所述当前采样点的余差，以及在所述当前采样点之前采样得到的每一个和所述当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于所述输入信号的递增区间的采样点的余差，计算得到递增区间均值，并利用采样得到的每一个和所述当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于所述输入信号的递减区间的采样点的余差计算得到递减区间均值；
176.若所述当前采样点属于所述输入信号的递减区间，利用所述当前采样点的余差，以及在所述当前采样点之前采样得到的每一个和所述当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于所述输入信号的递减区间的采样点的余差，计算得到递减区间均值，并利用采样得到的每一个和所述当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于所述输入信号的递增区间的采样点的余差计算得到递增区间均值。
177.可选的，获得单元602利用当前采样点的余差，以及在当前采样点之前采样得到的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的余
差，计算得到递增区间均值时，具体用于：
178.将递增区间均值和余差累计值均设置为0；
179.读取待计算采样点的余差；其中，待计算采样点指代采样得到的第一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点；
180.将待计算采样点的余差和当前的递增区间均值之差，与当前的余差累计值相加，得到更新后的余差累计值；
181.用更新后的余差累计值除以数量n，得到更新后的递增区间均值；其中，数量n为已获得的和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的总数；
182.若当前的待计算采样点不是已采样得到的最后一个符合和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间条件的采样点，将当前的待计算采样点的后一个符合和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间条件的采样点作为待计算采样点，返回执行读取待计算采样点的余差步骤；
183.若当前的待计算采样点是已采样得到的最后一个符合和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间条件的采样点，输出更新后的递增区间均值。
184.可选的，均值偏差，包括递增区间均值减去递减区间均值得到的第一均值偏差，和递减区间均值减去递增区间均值得到的第二均值偏差；
185.其中，判断单元604判断均值偏差是否在预设的偏差范围内时，具体用于：
186.判断第一均值偏差是否大于预设的偏差阈值；
187.若第一均值偏差大于偏差阈值，判断出均值偏差不在预设的偏差范围内；
188.若第一均值偏差不大于偏差阈值，判断第二均值偏差是否大于偏差阈值；
189.若第二均值偏差大于偏差阈值，判断出均值偏差不在偏差范围内；
190.若第二均值偏差不大于偏差阈值，判断出均值偏差在偏差范围内。
191.调整单元605根据均值偏差调整无采保流水线模数转换器的采样延时时，具体用于：
192.若斜率判断标识的数值为0，且第一均值偏差大于偏差阈值，上调无采保流水线模数转换器的采样延时；其中，斜率判断标识为一位二进制数；
193.若斜率判断标识的数值为0，且第二均值偏差大于偏差阈值，下调无采保流水线模数转换器的采样延时；
194.若斜率判断标识的数值为1，且第一均值偏差大于偏差阈值，下调无采保流水线模数转换器的采样延时；
195.若斜率判断标识的数值为1，且第二均值偏差大于偏差阈值，上调无采保流水线模数转换器的采样延时；
196.其中，返回执行对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差步骤之前，还包括：
197.判断调整后的采样延时是否达到预设的延时上限或延时下限，并判断均值偏差是否大于初始偏差；其中，初始偏差包括，无采保流水线模数转换器的采样延时为初始延时时的均值偏差；初始延时为延时上限和延时下限的均值；
198.若调整后的采样延时达到延时上限或延时下限，且均值偏差大于初始偏差，变更
斜率判断标识的数值；
199.返回执行对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差步骤。
200.可选的，所述校准装置还包括：
201.静态校准单元606，用于当检测到第一级电路的任意一个比较器所对应的余差极大值和余差极小值时，将余差极大值和余差极小值相加，得到比较器对应的极值总和；
202.判断比较器对应的极值总和与0之间的偏差是否大于预设的最小步长；
203.若比较器对应的极值总和与0之间的偏差大于最小步长，调整比较器的负载晶体管的负载。
204.本实施例所提供的无采保流水线模数转换器的校准装置，其具体工作原理可以参考本技术实施例提供的无采保流水线模数转换器的校准方法，此处不再赘述。
205.本技术一种无采保流水线模数转换器的校准装置，具体包括，计算单元601对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差；其中，当前采样点由第一级电路对输入信号采样得到；当前采样点的每一级数字码，由无采保流水线模数转换器包含的对应级的电路输出；获得单元602获得当前采样点对应的递增区间均值和递减区间均值；其中，递增区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递增区间的采样点的余差计算得到；递减区间均值由已获得的每一个和当前采样点具有相同的第一级数字码、且属于输入信号的递减区间的采样点的余差计算得到；运算单元603对递增区间均值和递减区间均值进行运算，得到均值偏差；判断单元604判断均值偏差是否在预设的偏差范围内；若均值偏差不在偏差范围内，调整单元605根据均值偏差调整无采保流水线模数转换器的采样延时；计算单元601将第一级电路采样得到的后一个采样点作为当前采样点，返回执行对当前采样点的除第一级数字码以外的每一级数字码进行加权计算，得到当前采样点的余差步骤，直至均值偏差在偏差范围内为止，以完成对无采保流水线模数转换器的校准。本发明利用相应区间内余差的均值进行校准，余差的均值能够避免较大离散值，pvt变化，运放建立过程和静态误差等因素的干扰，更准确的表征孔径误差的大小，因此本方案能够更准确的校准模数转换器，消除动态比较器失调。
206.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
207.需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
208.专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，
而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。