用于流水线型模数转换电路的校准装置、方法及激光雷达与流程

1.本说明书实施例涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种用于流水线型模数转换电路的校准装置、方法及激光雷达。


背景技术：

2.自然界的许多物理量(如速度、压力、温度、声音等)在时间上连续变化，幅值上也是连续取值的，这种连续变化的物理量称为模拟量，表示模拟量的信号称为模拟信号(analogue signal)。
3.与模拟量对应的另一类物理量称为数字量，他们是在一系列离散的时刻获取的数值，其数值的大小和每次的增减都是量化的整数倍，即他们是一系列时间离散、数值也离散的信号。表示数字量的信号称为数字信号(digital signal)。
4.随着计算机的广泛应用，大多数电子系统都采用计算机来对信号进行处理，而计算机无法直接处理模拟信号，只能处理数字信号，因此，需要将模拟信号转换为数字信号，从而产生了模数(analog/digital，a/d)转换技术，将实现模拟信号转换成数字信号的电路可以称为模数转换电路。
5.模数转换过程主要包括：1)在采样时阶段，对模拟信号进行采样，得到时间离散、幅值连续的模拟采样信号，其中，幅值连续是指幅值没有量化，仍然与模拟信号的幅值相同；2)在保持阶段，保持从采样阶段切换到保持阶段时模拟信号的幅值(即采样值)，得到时间离散、以采样值为幅值的模拟保持信号，选取一个量化单位，将该采样值除以量化单位并取整数，实现信号量化(数字化)，得到时间离散、数值也离散的数字量；3)对数字量进行编码，得到相应的温度计码，形成数字信号。
6.其中，为了便于计算机使用，一般采用二进制编码方式，得到一定位数的温度计码，通常用温度计码的位数来表示数字信号的位数，如10位(bit)的数字信号。数字信号采用的位数越多，越能准确地反映模拟信号。
7.在模数转换的量化过程中，通常采用多个比较器对模拟保持信号进行比较，得到量化结果。因此，在其他参数不变情况下，比较器数量越多，量化精度越高，输出的数字信号越准确。但是，由于空间布局、成本、性能等一些指标的限制，不能通过简单粗暴地增加比较器来得到更多位数的数字信号。
8.例如，若要将模拟信号转换为10bit的数字信号，从原理上来说，可以采用1023个比较器输出1024个数字量，再对得到的数字量进行编码，得到10bit的数字信号。10bit的数字信号就需要上千的比较器，可想而知，实际中不可能采取上述方案。
9.为了在一定数量的比较器下能够获得更多位数的数字信号，对模数转换电路的结构进行了优化，出现了逐次逼近型、积分型、压频变换型、分级型和流水线型等模数转换电路，逐次逼近型、积分型和压频变换型的模数转换电路主要应用于中低速、精度较低的模数转换场景中。而分级型和流水线型模数转换电路可应用于速度更快、精度更高的模数转换场景中，例如，可应用于高速情况下的瞬态信号处理。
10.其中，流水线型模数转换电路内部存在分级量化结构，通过多级低精度的转换模块进行采样、量化和编码等的转换工作。对于每一级的转换模块，采用较少数量的比较器即可实现本级别的快速模数转换，是当前实现高速高精度模数转换的主流选择。
11.在流水线型模数转换电路中，本级的转换模块在完成转换工作后，需要在其接收到的信号中减去本级采集到的模拟分量，并将运算结果放大至适于下一级进行转换工作的程度。但是在实践中，由于有限增益误差的问题，造成实际增益(即实际放大倍数)与理论增益(即理论放大倍数)可能存在偏差，增加后续处理的误差，影响流水线型模数转换电路的输出结果的准确性。
12.目前的应对方案是以牺牲电路功耗为代价，为电路提供更高的增益(即放大倍数)和带宽，虽然一定程度的降低了有限增益误差的影响，但是，仍然无法保障流水线型模数转换电路输出准确的结果。


技术实现要素：

13.有鉴于此，本说明书实施例提供一种用于流水线型模数转换电路的校准装置、方法及激光雷达，实现对流水线型模数转换电路的增益校验，有利于校准有效增益误差，进而能够提升流水线型模数转换电路的精确度，且降低了同等精度下的功耗需求。
14.本说明书实施例提供一种用于模数转换电路的校准方法，所述模数转换电路包括流水线型模数转换电路，其中，所述流水线型模数转换电路包括具有至少一级转换模块的前端转换模组和具有至少一级转换模块的后端转换模组，所述校准方法包括：
15.将测试模拟信号输入所述流水线型模数转换电路，以使所述前端转换模组接收所述测试模拟信号，并向所述后端转换模组输出相应的模拟残差信号；
16.获取与所述模拟残差信号对应的残差数字信息；
17.根据所述残差数字信息，判断所述前端转换模组的增益是否存在偏差。
18.本说明书实施例还提供一种用于模数转换电路的校准装置，所述模数转换电路包括：流水线型模数转换电路，其中，所述流水线型模数转换电路包括具有至少一级转换模块的前端转换模组，具有至少一级转换模块的后端转换模组和数字计算模块，所述数字计算模块适于根据各级转换模块输出的温度计码和对应数字域权重，计算得到输出数字信息；所述校准装置包括：
19.信号生成模块，适于生成测试模拟信号，并将所述测试模拟信号输入所述流水线型模数转换电路，以使所述前端转换模组接收所述测试模拟信号，并向所述后端转换模组输出相应的模拟残差信号；
20.偏差检测模块，适于获取与所述模拟残差信号对应的残差数字信息，并根据所述残差数字信息，判断所述前端转换模组的增益是否存在偏差。
21.本说明书实施例还提供一种激光雷达，包括：探测装置、模数转换电路和以上任一实施例所述的校准装置；其中：
22.所述探测装置，适于采集回波信号，并向所述模数转换电路输出待处理模拟信号；
23.所述模数转换电路，适于对所述探测装置的待处理模拟信号或者所述校准装置的测试模拟信号进行模数转换；其包括流水线型模数转换电路，其中，所述流水线型模数转换电路包括具有至少一级转换模块的前端转换模组、具有至少一级转换模块的后端转换模组
和数字计算模块；
24.所述校准装置，适于根据生成的测试模拟信号对所述流水线型模数转换电路进行校准。
25.采用本说明书实施例提供的用于模数转换电路的校准方法，将模拟域的模拟残差信号测量转换到数字域的残差数字信息计算，从而通过残差数字信息来校验所述前端转换模组的增益，由此可以避免测量模拟残差信号产生的二次误差，有利于提升有效增益误差的校准精确度；并且，本说明书实施例提供的校准方法基于流水线型模数转换电路的现有硬件架构实施，结合现有的逻辑运算器件即可实现较好的校准效果，进而能够有效降低校准所需的硬件成本和实施的复杂度，提升校准的响应速度和执行速度，使得校准效率更高，且具有更强的普适性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对本说明书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，下面所描述的附图仅仅是本说明书的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是一种现有的流水线型模数转换电路的示意图。
28.图2是一种现有的子模数转换单元的连接示意图。
29.图3是一种现有的增益数模转换单元的连接示意图。
30.图4是一种现有转换模块的输入输出曲线图。
31.图5是图4对应的转换模块降低增益后的输入输出曲线图。
32.图6是本说明书实施例中一种用于模数转换电路的校准方法的流程图。
33.图7a是另一种现有的流水线型模数转换电路的示意图。
34.图7b是又一种现有的流水线型模数转换电路的示意图。
35.图8是本说明书实施例中前端转换模组的输入信号与数字残差信息的曲线图。
36.图9a是一种现有的斜坡发生器电路的示意图。
37.图9b是图9a所示斜坡发生器电路输出的模拟信号的波形图。
38.图10是一种现有的12位精度流水线型模数转换电路的结构图。
39.图11是本说明书实施例中一种模数转换电路与校准装置的连接示意图。
40.图12是本说明书实施例中一种用于模数转换电路的校准装置的结构图。
41.图13是本说明书实施例中一种激光雷达的结构图。
具体实施方式
42.为使本领域技术人员更加清楚地了解及实施本说明书提供的方案，以下先结合附图及具体应用场景，对现有的流水线型模数转换电路进行示意性描述。
43.参考图1提供的一种现有的流水线型模数转换电路的示意图，在实际应用中，如图1所示，流水线型模数转换电路p0可以包括：时钟生成子电路01，带隙基准子电路02，采样保持放大模块03，n个级联的转换模块，以及数字计算模块04。以下分别对流水线型模数转换电路p0中各个组成部分进行说明。
44.所述时钟生成子电路01，即所述流水线型模数转换电路p0的时钟源，适于生成多个相位不交叠的时钟信号，并分别向采样保持放大模块03和各级转换模块stage1～stagen提供相位不交叠的多个时钟信号，从而利用不同的时序控制采样保持放大模块03和各级转换模块stage1～stagen中的器件进行交替工作。
45.所述带隙基准子电路02，即所述流水线型模数转换电路p0的参考信号源，适于生成参考电流和参考电压，并分别向采样保持放大模块03和各级转换模块stage1～stagen提供生成的参考电流和参考电压。
46.具体地，在一可选示例中，如图1所示，所述带隙基准子电路02可以包括：带隙生成模块021，参考电流生成模块022和参考电压生成模块023。
47.所述带隙生成模块021，即所述流水线型模数转换电路p0的带隙基准源(bandgap)，适于提供对温度不敏感的基准电信号，如基准电压信号和基准电流信号。
48.所述参考电流生成模块022，即所述流水线型模数转换电路p0的参考电流源，适于根据基准电信号生成参考电流，并分别向采样保持放大模块03和各级转换模块stage1～stagen提供生成的参考电流。
49.所述参考电压生成模块023，即所述流水线型模数转换电路p0的参考电压源，适于根据基准电信号生成参考电压，并分别向采样保持放大模块03和各级转换模块stage1～stagen提供生成的参考电压。
50.进一步地，由于参考电压通常用于驱动电容，而电容存在充电时间和放电时间，为了使电容能够进行高效的充放电操作，为参考电压生成模块023提供精准的建立时间，所述带隙基准子电路02还可以包括参考电压缓冲模块024，适于对所述参考电压生成模块023输出的参考电压进行缓冲。其中，参考电压缓冲模块024可以包括缓冲器(reference buffer)。
51.此外，由于流水线型模数转换电路通常需要两个不同电平的参考电压，例如一个正电平的参考电压和一个负电平的参考电压，参考电压生成模块023需要进行电平移位来产生两个不同电平的参考电压，由此，通过参考电压缓冲模块024为参考电压生成模块023确保参考电压的精度和建立时间。
52.所述采样保持放大模块03，适于对输入所述流水线型模数转换电路p0的模拟信号进行采样，得到模拟保持信号vc，并稳定保持模拟保持信号vc的幅值，直至下一个采样阶段到来，进行下一次采样。由此，确保后续各级联的转换模块进行处理时不会产生时间偏差。其中，所述采样保持放大模块03可以包括采样保持放大器(sample/hold amplifier，sha)。
53.可以理解的是，上述采样的实施方式可根据具体场景和需求进行设定，本说明书对此不做限制。
54.所述n个级联的转换模块，具体可以包括转换模块stage1、转换模块stage2至转换模块stagen-1、以及转换模块stagen，并且，按照各转换模块的级联顺序设定各转换模块的等级，如图1中，转换模块stage1为第一级，转换模块stage2为第二级等。
55.在各转换模块stage1～stagen中，第一级的转换模块stage1至第n-1级的转换模块stagen-1采用相同的内部结构。以第一级的转换模块stage1为例进行描述，如图1所示，所述转换模块stage1可以包括：子模数转换单元(sub-adc)11和增益数模转换单元(multiplying digital to analog converter，mdac)12。
56.所述子模数转换单元11对其接收到的输入信号进行采样、量化和编码，得到第一级温度计码ds1，并分别将第一级温度计码ds1输出至增益数模转换单元12和数字计算模块04。其中，子模数转换单元11能够生成的温度计码数量与子模数转换单元的精度相关。如子模数转换单元11的精度为x比特位，则该子模数转换单元11能够生成2
x-1位的温度计码。
57.所述增益数模转换单元12可以包括：运算单元121、子数模转换单元(sub-dac)122和放大单元123。其中，通常增益数模转换单元12的精度与子模数转换单元11的精度一致。如子模数转换单元11的精度为x比特位，则该增益数模转换单元12的精度通常也为x比特位。
58.具体地，所述子数模转换单元122适于接收所述子模数转换单元11输出的第一级温度计码ds1，并将第一级温度计码ds1转换为对应的第一级模拟分量，并输出至所述运算单元121。所述运算单元121适于接收采样保持放大模块输出的模拟保持信号vc和所述子模数转换单元11输出的第一级模拟分量，并从模拟保持信号vc中减去第一级模拟分量，以及将运算结果输出至所述放大单元123。所述放大单元123适于接收所述运算单元121输出的运算结果，并将运算结果进行放大，得到以模拟残差量为幅值的第一级模拟残差信号vr1，并输出至第二级转换模块stage2。其中，所述放大单元可以为跨导放大器(operational transimpedance amplifier，ota)。
59.转换模块stage2～stagen-1也包括子模数转换单元和增益数模转换单元，具体可参考以上转换模块stage1的相关描述，在此不再赘述。
60.由此，转换模块stage2～stagen-1根据接收的输入信号(即上一级转换模块输出的信号)，可以得到对应级别的温度计码和模拟残差信号，并向所述数字计算模块04输出对应级别的温度计码，以及向下一级转换模块输出对应级别的模拟残差信号，具体可参考图1，转换模块stage2向所述数字计算模块04输出第二级温度计码ds2，并向下一级转换模块(图1中未示出)输出第二级模拟残差信号vr2，以此类推，转换模块stagen-1输出，向所述数字计算模块04输出第n-1级温度计码dsn-1，并向下一级转换模块stagen输出第n-1级模拟残差信号vrn-1。
61.对于第n级的转换模块stagen，由于是n个级联的转换模块中的最后一个，转换模块stagen可以仅包括子模数转换单元(图1中未示出)，根据第n-1级转换模块stagen-1输出的模拟残差信号，向所述数字计算模块04输出第n级温度计码dsn。
62.需要说明的是，各级转换模块stage1～stagen分别输出的温度计码的位数可以根据具体场景和需求进行设定，各级别的转换模块可以输出相同位数的温度计码，也可以输出位数不同的温度计码，本说明书对此不做具体限制。
63.所述数字计算模块04，适于将各级转换模块输出的温度计码按照级别进行错位相加，从而将不同级转换模块在不同时刻得到的温度计码进行时间对齐，并进行二进制转换，得到二进制的输出码。其中，数字计算模块04生成的输出码的数量与数字计算模块04的精度相关。如该数字计算模块04的精度为m bit，则数字计算模块04的可以生成2
m-1种输出码。此外，数字计算模块04的精度可以表征该流水型模数转换电路p0的精度。
64.在介绍了现有的流水线型模数转换电路的框架后，以下通过具体实施例，对子模数转换单元和增益数模转换单元的具体硬件结构和连接关系进行说明，以指出现有技术存在的问题。
65.需要说明的是，以下示例中的子模数转换单元和增益数模转换单元仅用于示意说明技术问题，在实际应用时，转换模块stage1～stagen中可以包括下述子模数转换单元，也可以包括其他类型的子模数转换单元；同样地，转换模块stage1～stagen-1可以包括下述增益数模转换单元，也可以包括其他类型的增益数模转换单元。本说明书对此不做限制。
66.在一可选示例中，如图2所示，为一种现有的子模数转换单元的连接示意图，结合参考图1，在图2中，k-1bit精度的子模数转换单元可以包括k个电阻r1、r2至r
k-2
，r
k-1
和rk，k-1个比较器c1、c2至c
k-2
和c
k-1
。
67.结合参考图1和图2，在所述子模数转换单元11中，电阻rk的一端接入第一参考电压vref1，电阻r1的一端接入第二参考电压vref2，k个电阻r1至rk首尾相连，其中，第一参考电压vref1大于第二参考电压vref2。由此，k个电阻将第一参考电压vref1和第二参考电压vref2形成的电压差进行分压。
68.对于k-1个比较器c1至c
k-1
，其中一个输入端分别耦接于不同的两个电阻之间，从而分别接入电压值依次增大的比较参考电压，另一个输入端接入输入信号v
in
，其中，输入信号v
in
可以为采样保持放大电路输出的模拟保持信号或者上一级转换模块输出的信号。
69.各比较器c1至c
k-1
分别对其接入的比较参考电压和输入信号v
in
的幅值进行比较，得到比较结果d1～dk-1，将比较结果d1～dk-1作为温度计码输出至数字计算模块04。
70.其中，根据k-1个比较器c1至c
k-1
接入的比较参考电压的大小顺序，各比较器c1至c
k-1
输出的比较结果d1～dk-1从低到高进行排列，即比较器c1输出的比较结果d1为温度计码的最低有效位，比较器c
k-1
输出的比较结果dk-1为最高有效位。
71.并且，由于各比较器c1至c
k-1
分别接入的比较参考电压逐依次增大，因此，根据输入信号v
in
的幅值大小，温度计码从最低有效位开始变化，且只有当温度计码中低一级有效位的逻辑值(如逻辑值为“1”)表征输入信号v
in
的幅值大于相应的比较参考电压的比较结果后，温度计码中高一级有效位的逻辑值才可能发生改变，例如，随着输入信号v
in
的幅值增大，温度计码可以从“00
……
01”变为“00
……
11”，但是不会变为
““
00
……
10”。
72.相应地，如图3所示，为一种现有的增益数模转换单元的连接示意图，结合参考图1至图3，在所述增益数模转换单元可以包括运算单元301、子数模转换单元302和跨导放大器303，运算单元301可以包括：第一开关ck1、第一电容cs、第二电容cf，第三开关ck3和第四开关ck4；子数模转换单元302可以包括：第二开关ck2。
73.第一开关ck1、第一电容cs和第二开关ck2分别一一对应，且可以存在多组耦接的第一开关ck1、第一电容cs和第二开关ck2。其中，第一开关ck1、第一电容cs和第二开关ck2的数量多于子模数转换单元中包括的比较器数量。例如，图2中子模数转换单元包括k-1个比较器，则图3中的增益数模转换单元可以包括k个第一开关ck1、k个第一电容cs和k个第二开关ck2。
74.k个第一开关ck1通过第一电容cs耦接至跨导放大器303的反相输入端
“‑”
；第二开关ck2为单刀双掷(single pole double throw，spdt)开关，第二开关ck2的不动端分别接入第一参考电压vref1和第二参考电压vref2，第二开关ck2动端耦接于第一开关ck1和第一电容cs之间。并且，
75.k-1第二开关ck2的动端分别受控于子模数转换单元中对应比较器的比较结果(即温度计码)，另一个第二开关ck2用于接入共模信号。
76.所述跨导放大器303的反相输入端
“‑”
还通过第三开关ck3与地连接，以及通过两个并联的第二电容cf与其输出单连接。所述跨导放大器303的正相输入端“ ”直接与地连接。所述跨导放大器303的输出端还通过第四开关ck4与地连接。
77.在转换模块的采样阶段，第一开关ck1和第三开关ck3接通，第四开关ck4闭合，第一电容cs接通输入信号v
in
，输入信号v
in
可以为采样保持放大电路输出的模拟保持信号或者上一级转换模块输出的信号跨导放大器303的输出被短接。假设第一电容cs的电容值为cs，则在理想状态下，跨导放大器的303输入端聚集的电荷量qs为：
78.qs＝kc
svin
；
79.在转换模块的放大阶段，k-1个第二开关ck2根据比较器输出的温度计码接通相应的第一参考电压vref1或第二参考电压vref2，k-1个第二开关ck2接入的参考信号可以作为本级的模拟分量，通过第二电容cf形成跨导放大器的闭环反馈回路，余下的一个第二开关ck2接入共模信号。
80.假设第二电容cf的电容值均为cf，则在理想状态下(如放大单元的开环增益和带宽为无穷大)，跨导放大器303的输入端聚集的电荷量qf为：
[0081][0082]
其中，bi表示第i个比较器的比较结果，v
refi
表示第i个比较器相应的第二开关ck2接通的参考电压值；v
in
表示跨导放大器303的输入信号，v
out
表示跨导放大器303的输出信号(即模拟残差信号)。
[0083]
根据电荷守恒，可以得到增益数模转换单元的输入输出传递函数为：
[0084][0085]
由上述公式可知，在理想状态的情况下，流水线型模数转换电路中各转换模块的输入输出为线性关系，斜率即为理论增益。
[0086]
举例而言，结合参考图1至图3，若流水线型模数转换电路的精度为10bit，在跨导放大器与比较器处于理想状态的前提下，其转换范围可以为0-1023。在不进行校准仅做分级的情况下，流水线型模数转换电路可以包括4个级联的转换模块，即第一级转换模块、第二级转换模块、第三级转换模块和第四级转换模块。
[0087]
第一级转换模块中包括7个比较器，其精度为3bit，由此将[0,1023]区间均分为八个区间，每个区间的跨度为128，相应编码为000至111。根据第一级转换模块输出的第一级温度计码，可以确定模拟保持信号的幅值(即采样值)落入哪一个区间，例如，若第一级温度计码为010，则可以确定模拟保持信号落入010对应的[256，383]区间。并且，为了便于下一级转换模块进行转换工作，在模拟保持信号减去第一级模拟分量后，将运算结果放大8倍，作为第一级模拟残差信号输出至第二级转换模块。
[0088]
第二级转换模块包括7个比较器，其精度为3bit，由此将第一级温度计码对应的区间均分为八个区间，每个区间的跨度为16，编号分别为000至111。根据第二级转换模块输出的第二级温度计码，可以确定第一级模拟残差信号的幅值落入哪一个区间，例如，若第二级温度计码为001，则可以确定第一级模拟残差信号落入001对应的[272，287]区间。并且，为了便于下一级转换模块进行转换工作，在第一级模拟残差信号减去第二级分量后，将运算
结果放大8倍，作为第二级模拟残差信号输出至第三级转换模块。
[0089]
第三级转换模块可以包括15个比较器，其精度为4bit，由此将第二级温度计码对应的区间均分为16个区间，每个区间的跨度为1，编号分别为0000至1111。根据第三级转换模块输出的第三级温度计码，可以确定第二级模拟残差信号的幅值落入哪一个区间，例如，第三级温度计码为0001，则可以确定第二级模拟残差信号落入0001对应的[273，273]区间，即采样值为273。
[0090]
但是，在实际电路中，流水线型模数转换电路中的放大单元的开环增益和带宽是有限的，由此可能出现有限增益误差的问题。具体地，结合图1至3相关实施例，当考虑放大单元的有限增益和小信号建立的情况时，增益数模转换单元的输入输出传递函数变为：
[0091][0092]
其中，lg表示环路增益，bw表示闭环带宽，t表示时间。
[0093]
由上述公式可知，造成有限增益误差的因素可以包括：放大单元本身性能的局限性使得环路增益不为无限大且闭环带宽也不为无穷大；以及，电路中采样阶段和放大阶段采用的电容器件存在电容失配问题，即第一电容cs和第二电容cf之间存在误差，从而造成闭环增益降低。
[0094]
由于有限增益误差的问题，将会造成实际增益与理论增益存在偏差。具体地，如图4所示，为一种现有转换模块的输入输出曲线图。其中，以该转换模块的输入信号v
in
为横坐标，以及该转换模块的输出信号v
out
为纵坐标，建立坐标系，并且该转换模块的精度为2bit， vref为第一参考电压，-vref为第二参考电压，由 vref和-vref形成了该转换模块的理论模拟域输出范围。虚线表示转换模块在理想状态下的理论输入输出曲线，实线表示转换模块存在有限增益误差的实际输入输出曲线。在图4中，转换模块采用的是满量程增益，即理论输入输出曲线的最大输出值位于理论模拟域输出范围的边界上。
[0095]
由图4可知，转换模块的实际增益大于理论增益，由此导致输出信号(即模拟残差信号)存在误差，甚至存在输出信号超出理论模拟域输出范围的部分，该部分的输出信号将会超出下一级转换模块的理论模拟域输入范围，使得下一级转换模块无法测量到该输出信号，造成失码。
[0096]
由此可知，有限增益误差将会增加后续处理的误差，影响流水线型模数转换电路的输出结果的准确性。
[0097]
为了降低有限增益误差的影响，现有技术中通常采用数字冗余位(redundant signed digit，rsd)校正，通过减小放大单元的增益、减少比较器个数和修改参考电压来增大转换模块可以承受的误差裕度。
[0098]
图5为图4对应的转换模块降低增益后的输入输出曲线图，其中，虚线表示转换模块在理想状态下的理论输入输出曲线，实线表示转换模块存在有限增益误差的实际输入输出曲线。结合参考图4和图5，图5中的转换模块的增益相比较满量程时的增益(即图4中转换模块的增益)降低了1/2，在降低增益后，理论输入输出曲线的最大输出值和理论模拟域输出范围之间存在余裕，即使有限增益误差导致转换模块的实际增益变大，实际输入输出曲线仍可能包含在理论模拟域输出范围内，使得下一级转换模块可以测量到输出信号。
[0099]
但是，由于降低了转换模块的原有增益，需要通过新增级联的转换模块，才能达到
原有的流水线型模数转换电路的精度。例如，参考上述10bit流水线型模数转换电路的实施例，在不改变理论模拟域输出范围的情况下，将第一级至第三级转换模块的增益变为原有的1/2，为每一级转换模块留出充分的余裕用于容纳误差，并新增级联的转换模块，通过更多位数的温度计码(如11bit)和调整错位相加重叠位数来实现原有的精度。
[0100]
综上可知，虽然上述数字冗余位校正方案可以扩大流水线型模数转换电路对于增益变化的容许范围，从而一定程度的降低了有限增益误差的影响，但是仍然存在超出理论模拟域输出范围的可能性，并且也增加了电路功耗。因此，现有的技术方案仍然无法保障流水线型模数转换电路输出准确的结果。
[0101]
为了解决上述技术问题，本说明书实施例提供了一种用于模数转换电路的校准方法，对于模数转换电路中包括的流水线型模数转换电路，通过获取其级间传输的模拟残差信号在数字域的信息，来判断该流水线型模数转换电路的增益是否存在偏差。由此实现对流水线型模数转换电路的增益校验，有利于校准有效增益误差，进而能够提升流水线型模数转换电路的精确度，且降低了同等精度下的功耗需求。
[0102]
为使本领域技术人员更加清楚地了解及实施本说明书的构思、实现方案及优点，以下参照附图，通过具体实施例进行详细说明。
[0103]
参照图6，为本说明书实施例中一种用于模数转换电路的校准方法的流程图。在本说明书实施例中，所述模数转换电路包括流水线型模数转换电路，将所述流水线型模数转换电路中级联的转换模块划分为两组，其中，靠近流水线型模数转换电路输入端的一组转换模块可以称为前端转换模组，另一组转换模块可以称为后端转换模组，也就是说，所述流水线型模数转换电路包括具有至少一级转换模块的前端转换模组和具有至少一级转换模块的后端转换模组。
[0104]
需要说明的是，在本说明书中，只需要确保前端转换模组和后端转换模组中都至少包括一级转换模块，关于转换模块的分组方式，本说明书不做具体限制。例如，结合参考图1，所述前端转换模组可以包括第一级转换模块stage1，后端转换模组可以包括其余级别的转换模块。
[0105]
基于上述流水线型模数转换电路的分组，可以实施本说明书实施例提供的校准方法。具体而言，如图6所示，所述校准方法可以包括以下步骤：
[0106]
s01，将测试模拟信号输入所述流水线型模数转换电路，以使所述前端转换模组接收所述测试模拟信号，并向所述后端转换模组输出相应的模拟残差信号。其中，所述测试模拟信号为：随时间相应变化的已知信号。
[0107]
s02，获取与所述模拟残差信号对应的残差数字信息。其中，所述残差数字信息即为所述模拟残差信号在数字域的信息。
[0108]
s03，根据所述残差数字信息，判断所述前端转换模组的增益是否存在偏差。
[0109]
根据上述方案可知，将模拟域的模拟残差信号测量转换到数字域的残差数字信息计算，从而通过残差数字信息来校验所述前端转换模组的增益，由此可以避免测量模拟残差信号产生的二次误差，有利于提升有效增益误差的校准精确度；并且，本说明书实施例提供的校准方法基于流水线型模数转换电路的现有硬件架构实施，结合现有的逻辑运算器件即可实现较好的校准效果，进而能够有效降低校准所需的硬件成本和实施的复杂度，提升校准的响应速度和执行速度，使得校准效率更高，且具有更强的普适性。
[0110]
需要说明的是，图1的流水线型模数转换电路仅为示例说明，在实际应用中，只要流水线型模数转换电路包括后端转换模组且能够获取到模拟残差信号对应的残差数字信息，即可实现本说明书实施例提供的校准方法，对于流水线型模数转换电路中实际的硬件架构(如硬件之间的连接关系和具体的电路结构等)，并不影响本说明书实施例提供的校准方法进行实施，即本说明书实施例提供的校准方法具有更强的普适性性。
[0111]
举例而言，如图7a所示，为另一种现有的流水线型模数转换电路的示意图，其中，流水线型模数转换电路p1为全差分信号输入输出结构，其具体实施方式可参照图1及相关描述，在此不再赘述。如图7b所示，为又一种现有的流水线型模数转换电路的示意图，其中，流水线型模数转换电路p2不包含采样保持放大模块，从而能够减少电路功耗。
[0112]
可以理解的是，在本说明书中，为了便于描述，在一些附图中采用单线表示信号的流转过程，但这些附图本质上可以理解为包含全差分信号输入输出结构的情况；并且，在一些附图中省略了除转换模块和数字计算模块以外的其他模块。
[0113]
在具体实施中，可以获取所述后端转换模组中各级转换模块分别输出的温度计码，并根据获取到的温度计码，确定所述残差数字信息。
[0114]
具体地，由于所述流水线型模数转换电路中各级转换模块均设有数字域权重，可以获取所述后端转换模组中各级转换模块分别输出的温度计码及对应的数字域权重，并根据获取到的温度计码及对应的数字域权重进行加权计算，得到所述残差数字信息。
[0115]
由上可知，通过流水线型模数转换电路中后端转换模组量化得到的温度计码和设定的数字域权重，可以反向计算出前端转换模组输出的残差模拟信号在数字域的信息，实现间接读取前端转换模组输出的模拟残差信号，以使残差数字信息能够有效代替模拟残差信号进行前端转换模组的增益校验，并且合理利用现有流水线型模数转换电路的硬件架构，从而降低校准所需的硬件成本和实施的复杂度，提升校准的响应速度和执行速度，使得校准效率更高。
[0116]
在具体实施中，为了使后端转换模组能够处理前端转换模组的测试模拟残差信号，前端转换模组输出的测试模拟残差信号应当落入后端转换模组的理论模拟域输入范围内。因此，前端转换模组的理论模拟域输出范围与后端转换模组的理论模拟域输入范围相匹配。
[0117]
例如，参考图5，若前端转换模组的理论模拟域输出范围为-vref至 vref，则后端转换模组的理论模拟域输入范围可以为-vref至 vref。又例如，参考图7，若前端转换模组的理论模拟域输出范围为-0.5*vref至 0.5*vref，则后端转换模组的理论模拟域输入范围可以为-0.5*vref至 0.5*vref。
[0118]
由于数字残差信息为前端转换模组与后端转换模组之间的模拟残差信号在数字域的信息，模拟残差信号与数字残差信息存在对应关系，因此，前端转换模组的理论模拟域输出范围也存在对应的理论数字域输出范围，后端转换模组的理论模拟域输入范围也存在对应的理论数字域输入范围。
[0119]
其中，理论数字域输出范围有前端转换模组中最低有效位对应的数字域权重和采用的数字校正方法相关，理论数字域输入范围由后端转换模组中最高有效位对应的数字域权重和采用的数字校正方法相关。
[0120]
例如，如图8所示，为前端转换模组的输入信号与数字残差信息的曲线图。其中，纵
坐标为前端转换模组输出的模拟残差信号对应的残差数字信息d
out1
，横坐标为前端转换模组的输入信号v
in1
。若前端转换模组中最低有效位对应的数字域权重为w
lsb1
，且流水线型模数转换电路各级转换模块的增益相比较满量程时的增益降低1/2，则前端转换模组的理论数字域输出范围可以为0.5*w
lsb1
至1.5*w
lsb1
，由此，后端转换模组的理论数字域输入范围也可以为0.5*w
lsb1
至1.5*w
lsb1
。
[0121]
基于此，所述根据所述残差数字信息，判断所述前端转换模组的增益是否存在偏差，可以包括：判断所述残差数字信息对应的测量数字域输出范围是否与所述前端转换模组当前的理论数字域输出范围一致；当不一致时，判定所述前端转换模组的增益存在误差。
[0122]
其中，“当前”可以理解为在进行本次所述前端转换模组的增益偏差判断的时间段。测量数字域输出范围是指：通过所述残差数字信息得到的数字域范围，以表征所述前端转换模组实际输出的模拟残差信号在数字域的范围(即前端转换模组的实际数字域输出范围)。
[0123]
具体而言，由于输入所述流水线型模数转换电路的测试模拟信号随着时间变化，且测试模拟信号的变化是已知的，因此，经过多次采样后，可以获得多个残差数字信息，根据多次获得的残差数字信息可以得到测量数字域输出范围，从而判断所述前端转换模组的增益是否存在偏差。
[0124]
例如，继续参考图8，随着测试模拟信号的变化，共进行5次采样，获得5次残差数字信息，将测试模拟信号进行采样时的测试值和对应的残差数字信息形成坐标，得到应图8中的测试点q1～q5，由此可以得出前端转换模组的测量数字域输出范围为w
c1
至w
c2
。通过图8可以很明显的看出，测量数字域输出范围和理论数字域输出范围不一致，进而可以判定所述前端转换模组的增益存在误差。
[0125]
由此，能够合理高效地利用流水线型模数转换电路的现有硬件架构，通过残差数字信息获取的测量数字域输出范围，即可判断前端转换模组的实际数字域输出范围与理论数字域输出范围的差距，从而降低校准所需的硬件成本和实施的复杂度，提升校准的响应速度和执行速度，使得校准效率更高，且具有更强的普适性。
[0126]
在具体实施中，为了快速获取测量数字域输出范围并且减少数据量，可以在测试模拟信号变化到理论数字域输出范围的边界值时，使所述流水线型模数转换电路进行采样，然后，获取相应的残差数字信息，该残差数字信息即为理论数字域输出范围的边界值，从而可以直接推导出测量数字域输出范围，减少运算量，提升处理速度。
[0127]
例如，如图8所示，可以在测试模拟信号v
in1
变化到测量值v1时，使流水线型模数转换电路进行转换工作，并获得模拟残差信号对应的残差数字信息w
c1
，即理论数字域输出范围的一个边界值；相应地，可以在测试模拟信号v
in1
变化到测量值v2时，使流水线型模数转换电路进行转换工作，并获得模拟残差信号对应的残差数字信息w
c2
，即理论数字域输出范围的另一个边界值。得出前端转换模组的测量数字域输出范围为w
c1
至w
c2
。
[0128]
在具体实施中，可以根据所述测试模拟信号在测量时间的测量值，以及所述前端转换模组当前的理论数字域输出范围，判断所述残差数字信息对应的测量增益是否与所述前端转换模组的理论增益一致；当不一致时，判定所述前端转换模组的增益存在误差。
[0129]
其中，所述测量增益是指：通过所述残差数字信息得到的增益，以表征所述前端转换模组实际输出的模拟残差信号在数字域的增益(即前端转换模组的实际数字域增益)
[0130]
具体而言，有限增益误差虽然会影响转换模块中放大单元的增益，即转换模块的输入输出曲线的斜率会发生变化，但是参考图5可知，在模拟残差信号输v
out
＝0的点并没有发生改变，如图5中q3点。这些点在前端转换模组的输入与残差数字信息的曲线中存在对应点，如图8中的q3点。因此，可以将这些点作为参考点。并且，由于测试模拟信号的变化是已知的，所以可以确定测试模拟信号当前的测量值，从而与残差数字信息结合形成测量点的坐标，根据参考点和测量点可以计算出实际斜率，即前端转换模组的测量增益。
[0131]
然后，所述残差数字信息对应的测量增益将与所述前端转换模组的理论增益进行比较，判断二者是否一致，当不一致时，判定所述前端转换模组的增益存在误差。如图8所示，若参考点为q3，测量点为q4，虚线表示所述前端转换模组的测试模拟信号和残差数字信息对应的理论曲线，可以得出，由参考点q3和测量点q4计算得出的斜率大于理论曲线的斜率。
[0132]
由此，能够合理高效地利用流水线型模数转换电路的现有硬件架构，通过残差数字信息获取的测量增益，即可判断前端转换模组的实际增益与理论增益之间的差距，从而降低校准所需的硬件成本和实施的复杂度，提升校准的响应速度和执行速度，使得校准效率更高，且具有更强的普适性。
[0133]
在一可选示例中，参考图5可知，在有限增益误差的影响下，输入输出曲线的斜率会发生变化，但是在v
out
＝0的点并没有发生改变，如图5中q3点。这些点在前端转换模组的输入与残差数字信息的曲线中存在对应点，如图8中的q3点。因此，可以将这些点作为参考点。并且，由于测试模拟信号的变化是已知的，所以可以确定测试模拟信号当前的测量值，从而与残差数字信息结合形成测量点的坐标，根据参考点和测量点可以计算出实际斜率，即前端转换模组的测量增益，从而推导出所述残差数字信息对应的测量数字域输出范围，如图8中参考点为q3，测试点为q2，则可以得出测量数字域输出范围为w
c1
至w
c2
。
[0134]
在具体实施中，为了避免发生误判，提高判断结果的准确性和可靠性，可以获取多组残差数字信息，从而分别判断所述前端转换模组的增益是否存在偏差，获得多组判断结果；再对多组判断结果进行统计，以确定最终的判断结果。例如，根据判定为存在偏差的结果在多组判断结果中的占比，可以最终判定前端转换模组的增益是否存在偏差。
[0135]
在具体实施中，前端转换模组的增益存在偏差时，可以对前端转换模组进行增益修正。具体地，如图6所示，所述用于模数转换电路的校准方法还包括以下步骤：s04，当存在偏差时，根据所述残差数字信息，对所述前端转换模组对应的数字域权重进行调整。
[0136]
其中，所述数字域权重的调整方向为：趋近于前端转换模组实际增益的方向。
[0137]
由于在计算输出数字信息时需要通过数字域权重来进行加权计算，因此，前端转换模组对应的数字域权重可以表征前端转换模组在数字域的增益，基于此，通过对所述前端转换模组对应的数字域权重进行调整，可以对输出数值信息计算过程中与前端转换模组相关部分的数值计算进行修正，间接实现修改前端转换模组的理论数字域输出范围，使得计算得到的输出数字信息更能反映流水线型模数转换电路的实际转换能力。
[0138]
由此，通过将数字域权重调整至与前端转换模组实际增益能力相符的大小，可以在不改变流水线型模数转换电路的现有硬件架构的情况下，提高流水线型模数转换电路输出结果的可信度和精确度，并降低了同等精度下的功耗需求。
[0139]
此外，在实际模数转换过程中，经过本说明书实施例所述的校准方法校准过的流
水线型模数转换电路具有更加精确、可靠的输出数字信息，因此，根据校准后的流水线型模数转换电路的输出数值信息能够更加准确地推测出待处理模拟信号的数值。
[0140]
在一可实现示例中，若所述前端转换模组当前的理论数字域输出范围的跨度大于所述残差数字信息对应的测量数字域输出范围的跨度，表征前端转换模组当前的理论数字域输出范围过大，前端转换模组实际增益能力低于理想状态的增益能力，则可以降低所述前端转换模组对应的数字域权重，即降低前端转换模组可容纳的范围跨度，进而更加趋近于前端转换模组的实际输出范围。
[0141]
若所述前端转换模组当前的理论数字域输出范围的跨度小于所述残差数字信息对应的测量数字域输出范围的跨度，表征前端转换模组当前的理论数字域输出范围过小，前端转换模组实际增益能力高于理想状态的增益能力，则可以提高所述前端转换模组对应的数字域权重，即扩大前端转换模组可容纳的范围跨度，进而更加趋近于前端转换模组的实际输出范围。
[0142]
具体地，如图8所示，虚斜线表示前端转换模组当前的理论数字域输出范围的跨度；实斜线表示一种所述残差数字信息对应的测量数字域输出范围的跨度；点划斜线表示另一种所述残差数字信息对应的测量数字域输出范围的跨度。
[0143]
通过提高所述前端转换模组对应的数字域权重，可以使虚斜线趋近于实斜线；通过降低所述前端转换模组对应的数字域权重，可以使虚斜线趋近于点划斜线。
[0144]
在另一可实现示例中，若所述前端转换模组对应的理论增益大于所述残差数字信息对应的测量增益，表征前端转换模组当前的理论增益过大，前端转换模组实际增益能力低于理想状态的增益能力，则可以降低所述前端转换模组对应的数字域权重，进而使得前端转换模组对应的理论增益更加趋近于前端转换模组的实际增益。
[0145]
若所述前端转换模组对应的理论增益小于所述残差数字信息对应的测量增益，表征前端转换模组当前的理论增益过小，前端转换模组实际增益能力高于理想状态的增益能力，则可以提高所述前端转换模组对应的数字域权重，进而使得前端转换模组对应的理论增益更加趋近于前端转换模组的实际增益。
[0146]
具体地，如图8所示，虚斜线的斜率表示前端转换模组当前的理论增益；实斜线的斜率表示一种所述残差数字信息对应的测量增益；点划斜线的斜率表示另一种所述残差数字信息对应的测量增益。
[0147]
通过提高所述前端转换模组对应的数字域权重，可以使虚斜线的斜率趋近于实斜线的斜率；通过降低所述前端转换模组对应的数字域权重，可以使虚斜线的斜率趋近于点划斜线的斜率。
[0148]
在具体实施中，可以调整前端转换模组中至少一个转换模块的数字域权重。进一步地，可以调整转换模块中至少一个有效位对应的数字域权重。本说明书对此不作具体限制。
[0149]
在具体实施中，由于第一级转换模块的输出结果影响后续电路的处理结果，因此，第一级转换模块的精度和可靠性对于流水线型模数转换电路最重要，在调整前端转换模组对应的数字域权重时，可以设定调整第一级转换模块的数字域权重，从而提高电路的可靠性和精度。
[0150]
在具体实施中，在根据残差数字信息，判定所述前端转换模组的增益存在偏差后，
可以根据残差数字信息确定前端转换模组对应的数字域权重的修正信息，所述修正信息包括：调整方向和修正量。
[0151]
例如，根据理论数字域输出范围和测量数字域输出范围之间的跨度差距，或者，理论增益和测量增益之间的差值，得到修正信息。
[0152]
在具体实施中，为了减少计算量，并快速进行数字域权重的调整，在根据理论数字域输出范围和测量数字域输出范围之间的跨度差距或者理论增益和测量增益之间的差值确定调整方向后，可以获取预设的修正步长作为修正量，从而得到修正信息，由此，按照预设的修正步长和调整方向调整所述前端转换模组的数字域权重。
[0153]
在具体实施中，当完成数字域权重调整之后，可以将测试模拟信号再次输入所述流水线型模数转换电路，以判断所述前端转换模组的增益是否还存在偏差。其中，再次输入的测试模拟信号可以为上一次输入的测试模拟信号，也可以是重新获取的其他测试模拟信号，本说明书对此不作具体限制。
[0154]
并且，再次判断增益偏差时，前端转换模组当前的理论数字域输出范围由上一次调整后的数字域权重决定。由此，在多次的增益偏差判断中调整数字域权重，使得数字域权重更加符合前端转换模组的实际增益情况。
[0155]
在具体实施中，为了减少漏判的概率，以及减少增益调整次数，提高校准效率，可以获取多组残差数字信息，以在所述前端转换模组的增益实际存在偏差时，确保能够获得至少一组判定所述前端转换模组的增益存在偏差的判断结果，进而可以根据判定结果获得至少一组修正信息。并且，在根据多组残差数字信息获得多组修正信息后，可以对多组修正信息进行统计，以确定最终用于数字域权重调整的修正信息。
[0156]
在具体实施中，所述测试模拟信号可以为单一方向变化的模拟信号，也可以为多方向变化的模拟信号；并且，所述测试模拟信号可以为线性变化的模拟信号，也可以为非线性变化的模拟信号。例如，所述测试模拟信号可以为单一方向变化的线性模拟信号、单一方向变化的非线性模拟信号、多方向变化的线性模拟信号、多方向变化的非线性模拟信号等，本说明书对此不作具体限制。
[0157]
其中，测试模拟信号可以通过信号发生器生成。此外，线性模拟信号便于生成和控制，更有有利于实施本说明书实施例提供的校准方法。
[0158]
在一可选示例中，可以采用斜坡发生器(ramp generator)获取测试模拟信号。具体地，如图9a所示，为一种现有的斜坡发生器电路的示意图。在图9a中，恒流源s1向电容c1供应电流i，使得电容c1积分生成电压vt，并为晶体管m1栅极、驱动器amp1的一个输入端和滞回比较器amp2的一个输入端提供电压；晶体管m1的源极与另一个恒流源s2连接，恒流源s2输出电流2i；晶体管m1的栅极连接滞回比较器amp2的输出端；滞回比较器amp2的另一个输入端接入参考电压vcm；驱动器amp1的输出端输出模拟信号vout；驱动器apm1的输出端还通过电容c2接地，实现降噪。
[0159]
通过滞回比较器amp2控制晶体管m1断开和导通，使得电容c1进行充电和放电，从而在驱动器amp1的输出端形成线性递增和递减的模拟信号vout。参照图9b，为图9a所示斜坡发生器电路输出的模拟信号的波形图，其中v0 和v0-表示模拟信号的峰值，模拟信号vout线性变化的斜率为i/c。
[0160]
根据斜坡发生器生成的模拟信号与时间的线性关系，可以在指定时间段将斜坡发
生器的输出端与流水线型模数转换电路的输入端连接，从而将斜坡发生器在该时间段生成的模拟信号作为测试模拟信号输入流水线型模数转换电路。其中，指定时间段可以对应斜坡发生器生成单一方向变化的模拟信号的时间段(如图9b中区域
①
的部分模拟信号，区域
②
的部分模拟信号等)，也可以对应斜坡发生器生成多方向变化的模拟信号的时间段(如图9b中区域
①
和区域
②
的部分模拟信号等)。
[0161]
在具体实施中，可以获取多个测试模拟信号，并将各所述测试模拟信号分别输入所述流水线型模数转换电路中，以统计各所述测试模拟信号对应的残差数字信息，并判断所述前端转换模组的增益是否存在偏差。其中，各所述测试模拟信号可以分别按照单一方向变化且变化方式不同，即各所述测试模拟信号的斜率不同。并且，当存在偏差时，统计各所述测试模拟信号对应的残差数字信息，并调整所述前端转换模组对应的数字域权重。具体可结合上述相关实施例的描述内容，在此不再赘述。
[0162]
在具体实施中，如图6所示，校准方法还可以包括以下步骤：s05，判断是否符合校准结束条件，如果是，则获取待处理模拟信号，并进行模数转换处理；否则，继续进行校准。由此可以控制校准时长。
[0163]
其中，所述校准结束条件可以根据校准次数、校准时长、偏差允许范围(即可以视为偏差已经不存在的范围)等进行设定，本说明书对此不作限制。为了便于本领域技术人员理解和实施本说明书提供的校准方案，以下结合附图及具体应用场景进行示例性说明。
[0164]
在一可选示例中，如图10所示，为一种现有的12位精度流水线型模数转换电路的结构图，其中，12位精度流水线型模数转换电路p3包括7级转换模块，即第1级转换模块stage11至第7级转换模块stage17，转换模块的具体结果可参考图1及其相关内容，在此不再赘述；第1级转换模块stage11和第2级转换模块stage12分别输出3bits的第一级温度计码ds11和第二级ds12；第3级转换模块stage13至第6级转换模块stage16分别输出2bits的第三至第六级温度计码ds13至ds16；第7级转换模块stage17输出4bits的第七级温度计码ds17；前端转换模组101可以包括第1级转换模块stage11；后端转换模组可以包括第2级转换模块stage12至第7级转换模块stage17。
[0165]
在数值计算模块103对第一级转换模块stage12至第七级转换模块stage17的温度计码ds11～ds12进行错位相加时，各级温度计码之间存在部分位重合，从而得到12bits的输出码。具体可参照以下对照表1。其中，d12～d10表征第一级温度计码ds11的最高有效位至最低有效位，依次类推，d20～d73分别表征第二级温度计码ds12至第七级温度计码ds17中具体包含的位。此外，对照表1还示出了第一级转换模块stage12至第七级转换模块stage17对应的数字域权重分别为512、128、64、32、16、8、1。
[0166]
对照表1
[0167]
[0168]
根据上述对照表1可以得出，前一级温度计码的最低有效位和后一级温度计码的最高有效位重合，数值计算模块103根据对照表1示出的重合关系进行错位相加，可以得到12bits的输出码dsc。
[0169]
并且，根据第一级转换模块stage12至第七级转换模块stage17当前的数字域权重，通过以下式子可以计算得到12bits输出码对应的数字输出信息dout：
[0170]
dout＝(d12*4 d11*2 d10*1)*512 (d22*4 d21*2 d20*1)*128 (d31*2 d30*1)*64 (d41*2 d40*1)*32 (d51*2 d50*1)*16 (d61*2 d60*1)*8 (d73*8 d72*4 d71*2 d70*1)*1。
[0171]
获取后端转换模组102中各级转换模块分别输出的温度计码(即第二级温度计码ds12至第七级温度计码ds17)及对应的数字域权重(即128～1)，可以得到数字残差信息residue1：
[0172]
residue1＝(d22*4 d21*2 d20*1)*128 (d31*2 d30*1)*64 (d41*2 d40*1)*32 (d51*2 d50*1)*16 (d61*2 d60*1)*8 (d73*8 d72*4 d71*2 d70*1)*1。
[0173]
根据数字残差信息residue1，判断所述前端转换模组的增益是否存在偏差，并当存在偏差时，根据所述残差数字信息residue1，得到修正信息，从而对所述前端转换模组101对应的数字域权重进行调整，例如，对第1级转换模块stage11的数字域权重修改为：512 we1，从而间接实现修改前端转换模组的理论数字域输出范围，使得计算得到的输出数字信息更能反映该12bits流水线型模数转换电路p3的实际转换能力；其中，we1为修正信息，包括调整方向和修正量；此外，调整方向可通过正负符号表征。具体可参考上述相关实施例的描述，在此不再赘述。
[0174]
由此，计算输出数值信息dout时采用调整后的数字域权重后，即dout＝(d12*4 d11*2 d10*1)*(512 we1) (d22*4 d21*2 d20*1)*128 (d31*2 d30*1)*64 (d41*2 d40*1)*32 (d51*2 d50*1)*16 (d61*2 d60*1)*8 (d73*8 d72*4 d71*2 d70*1)*1，使得输出数值信息更加准确、可靠。
[0175]
可以理解的是，上文描述的实施例提供了多种实施方案，各实施方案可在不冲突的情况下相互结合、交叉引用，从而延伸出多种可能的实施方案，这些均可认为是本技术实施例披露、公开的实施例方案。
[0176]
本说明书实施例还提供了与以上任意实施例所述的校准方法对应的校准装置，以下参照附图，通过具体实施例进行详细介绍。需要知道的是，下文涉及的校准方法相关内容可参考上述实施例，在此不再赘述，而下文描述的校准装置的内容，可与上文描述的实施例内容相互对应参照。
[0177]
参考图11，为本说明书实施例中一种模数转换电路与校准装置的连接示意图，在本说明书实施例中，所述模数转换电路adc1可以包括：流水线型模数转换电路p4，其中，所述流水线型模数转换电路p4可以包括具有至少一级转换模块的前端转换模组11a，具有至少一级转换模块的后端转换模组11b和所述数字计算模块11c。
[0178]
例如，参考图11，前端转换模组11a可以包括第一级转换模块stage21，后端转换模组11b可以包括第2级转换模块stage22至第n级转换模块stage2n。所述数字计算模块11c适于根据各级转换模块stage21至stage2n输出的温度计码(即图11中第一级温度计码ds21至第n级温度计码ds2n)和对应数字域权重，计算得到输出码。
[0179]
所述校准装置110与流水线型模数转换电路p4的输入端连接，且与所述后端转换模组11b连接，其具体结构如图12所示。结合参考11和图12，所述校准装置110可以包括：
[0180]
信号生成模块111，适于生成测试模拟信号，并将所述测试模拟信号输入所述流水线型模数转换电路p4，以使所述前端转换模组11a接收所述测试模拟信号，并向所述后端转换模组11b输出相应的模拟残差信号；
[0181]
偏差检测模块112，适于获取与所述模拟残差信号对应的残差数字信息，并根据所述残差数字信息，判断所述前端转换模组11a的增益是否存在偏差。
[0182]
根据上述方案可知，将模拟域的模拟残差信号测量转换到数字域的残差数字信息计算，从而通过残差数字信息来校验所述前端转换模组的增益，由此可以避免测量模拟残差信号产生的二次误差，有利于提升有效增益误差的校准精确度；并且，本说明书实施例提供的校准方法基于流水线型模数转换电路的现有硬件架构实施，结合现有的逻辑运算器件即可实现较好的校准效果，进而能够有效降低校准所需的硬件成本和实施的复杂度，提升校准的响应速度和执行速度，使得校准效率更高，且具有更强的普适性。
[0183]
需要说明的是，本说明书中模数转换电路除了包括流水线型模数转换电路以外，还可以包括其他类型的模数转换电路，本说明书对此不作限制。
[0184]
在具体实施中，如图12所示，所述偏差检测模块112可以包括以下任意一个单元：
[0185]
第一判断单元1121，适于判断所述残差数字信息对应的测量数字域输出范围是否与所述前端转换模组11a当前的理论数字域输出范围一致；当不一致时，判定所述前端转换模组11a存在误差；
[0186]
第二判断单元1122，适于根据所述测试模拟信号在测量时间的测量值，以及所述前端转换模组11a当前的理论数字域输出范围，判断所述残差数字信息对应的测量增益是否与所述前端转换模组11a的理论增益一致；当不一致时，判定所述前端转换模组11a的增益存在误差。
[0187]
其中，第一判断单元1121和第二判断单元1122的具体实施方式可参考上述校准方法的相关内容，在此不再赘述。
[0188]
由此，能够合理高效地利用流水线型模数转换电路的现有硬件架构，通过残差数字信息获取的测量数字域输出范围，即可判断前端转换模组的实际数字域输出范围与理论数字域输出范围的差距，或者，通过残差数字信息获取的测量增益，即可判断前端转换模组的实际增益与理论增益之间的差距；从而降低校准所需的硬件成本和实施的复杂度，提升校准的响应速度和执行速度，使得校准效率更高，且具有更强的普适性。
[0189]
在具体实施中，参考图11，所述校准装置110还可以与所述数字计算模块11c连接，校准装置110中的偏差检测模块112还适于在确定存在偏差后，根据所述残差数字信息，指示所述数字计算模块11c调整所述前端转换模组11a对应的数字域权重。
[0190]
由此，通过将数字域权重调整至与前端转换模组实际增益能力相符的大小，可以在不改变流水线型模数转换电路的现有硬件架构的情况下，提高流水线型模数转换电路输出结果的可信度和精确度，并降低了同等精度下的功耗需求。
[0191]
在具体实施中，结合参考图11和图12所示，所述偏差检测模块112还可以包括以下任意一个单元：
[0192]
第一修正单元1123，适于在所述前端转换模组11a当前的理论数字域输出范围的
跨度大于所述残差数字信息对应的测量数字域输出范围的跨度时，指示所述数字计算模块11c降低所述前端转换模组11a对应的数字域权重；在所述前端转换模组11a当前的理论数字域输出范围的跨度小于所述残差数字信息对应的测量数字域输出范围的跨度时，指示所述数字计算模块11c提高所述前端转换模组对应的数字域权重。由此，使得前端转换模组11a的理论数字域输出范围更加趋近于实际输出范围。
[0193]
第二修正单元1124，适于在所述前端转换模组11a对应的理论增益大于所述残差数字信息对应的测量增益时，指示所述数字计算模块11c降低所述前端转换模组11a对应的数字域权重；在所述前端转换模组11a对应的理论增益小于所述残差数字信息对应的测量增益时，指示所述数字计算模块11c提高所述前端转换模组11a对应的数字域权重。由此，使得前端转换模组11a对应的理论增益更加趋近于前端转换模组的实际增益。
[0194]
在具体实施中，如图11和图12所示，所述校准装置110分别与所述后端转换模组11b中的各级转换模块的输出端连接；所述偏差检测模块112适于根据所述后端转换模组11b中各级转换模块分别输出的温度计码(即图11中第m 1级温度计码ds2m 1至第n级温度计码ds2n)，确定所述残差数字信息。
[0195]
具体地，结合参考图11和图12，所述偏差检测模块还可以包括：
[0196]
存储单元1125，适于存储所述后端转换模组11b中各级转换模块分别输出的温度计码和所述后端转换模组11b中各级转换模块对应的数字域权重；
[0197]
运算单元1126，适于根据所述后端转换模组11b中各级转换模块对应的数字域权重，对获取到的温度计码进行加权计算，得到所述残差数字信息。
[0198]
由上可知，通过流水线型模数转换电路中后端转换模组量化得到的温度计码和设定的数字域权重，可以反向计算出前端转换模组输出的残差模拟信号在数字域的信息，实现间接读取前端转换模组输出的模拟残差信号，以使残差数字信息能够有效代替模拟残差信号进行前端转换模组的增益校验，并且合理利用现有流水线型模数转换电路的硬件架构，从而降低校准所需的硬件成本和实施的复杂度，提升校准的响应速度和执行速度，使得校准效率更高。
[0199]
在具体实施中，结合参考图11和12，所述信号生成模块111适于生成多个模拟信号，并将各所述测试模拟信号分别输入所述流水线型模数转换电路p4中，其中，各所述模拟信号分别按照单一方向变化且变化方式不同。
[0200]
所述偏差检测模块112适于统计各所述测试模拟信号对应的残差数字信息，并判断所述前端转换模组11a的增益是否存在偏差；并在确定存在偏差后，根据统计到的各所述测试模拟信号对应的残差数字信息，指示所述数字计算模块调整所述前端转换模组对应的数字域权重。
[0201]
由此，可以降低误判和漏判的概率，并减少增益调整次数，提高校准效率。在具体实施中，结合参考图11和12，所述偏差检测模块112还可以包括：第三判断单元1127，适于判断是否符合校准结束条件，如果是，则结束校准，否则继续进行校准。由此可以控制校准时长。
[0202]
本说明书还提供了采用以上任一实施例所述模数转换电路的激光雷达，以下参照附图进行详细介绍。
[0203]
在具体实施中，如图13所示，为本说明书实施例中一种激光雷达的结构图。所述激
光雷达laser1可以包括：探测装置de1、模数转换电路adc1和校准装置110；其中：
[0204]
所述探测装置de1，适于采集回波信号，并向所述模数转换电路adc1输出待处理模拟信号。
[0205]
所述模数转换电路adc1，适于对所述探测装置de1的的待处理模拟信号或者所述校准装置110的测试模拟信号进行模数转换；所述模数转换电路adc1可以包括流水线型模数转换电路p4，其中，所述流水线型模数转换电路p4可以包括具有至少一级转换模块的前端转换模组11a、具有至少一级转换模块的后端转换模组11b和数字计算模块11c；具体可参照以上相关内容的描述，在此不再赘述。
[0206]
所述校准装置110，适于根据生成的测试模拟信号对所述流水线型模数转换电路p4进行校准。
[0207]
在具体实施时，在所述校准装置完成对所述流水线型模数转换电路的校准工作后，流水线型模数转换电路的理论增益(或者说理论数字域输出范围)更加接近于实际情况。由此，经过本说明书实施例所述的校准装置校准过的模数转换电路具有更加精确、可靠的输出数字信息。探测装置在校准装置完成校准后启动，用于采集回波信号，并输出待处理模拟信号，在模数转换电路对待处理模拟信号完成模式转换后，根据模数转换电路中流水线型模数转换电路的输出数值信息，能够更加准确地推测出待处理的模拟信号的数值。
[0208]
在具体实施中，如图13所示，所述激光雷达laser1还可以包括控制装置co1，适于在所述激光雷达laser1上电后，控制所述校准装置110对所述流水线型模数转换电路p4进行校准，并在符合校准结束条件后，控制所述校准装置110结束校准，并使所述模数转换电路adc1对待处理模拟信号进行模数转换处理。
[0209]
在具体实施中，所述探测装置可以包括光电探测器。具体地，所述光电探测器可以包括：单光子雪崩光电二极管(single photon avalanche diode，spad)阵列、硅光电倍增管(silicon photomultiplier，sipm)和雪崩光电二极管(avalanche photo diode，apd)。
[0210]
在实际应用中，本说明书实施例提供的校准装置所包含的各模块和各单元均可以采用相应的硬件电路、器件、以及各种硬件组合等方式实现。例如，信号生成模块可以采用信号发生器电路实现；第一判断单元、第二判断单元、第一修正单元、第二修正单元等可以通过单片机、现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)等处理芯片实现；存储单元可以通过随机存取存储器(random access memory，ram)、寄存器等实现。本说明书实施例对此不作限制。
[0211]
可以理解的是，上文描述的实施例提供了多种实施方案，各实施方案可在不冲突的情况下相互结合、交叉引用，从而延伸出多种可能的实施方案，这些均可认为是本技术实施例披露、公开的实施例方案。
[0212]
需要说明的是，本说明书所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本说明书的至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。并且在本说明书的描述中，“第一”、“第二”`等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等术语的特征可以明示或者隐含的包括一个或者多个该特征。而且，“第一”、“第二”等术语是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或表示重要性。可以理解的是，这样使用的术语在适当情况下可以互换，以使这里描述的本说明书实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0213]
虽然本说明书实施例披露如上，但本说明书实施例并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本说明书实施例的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本说明书实施例的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。