阅读说明：本技术 一种基于最小二乘法的adc校准方法 (ADC calibration method based on least square method ) 是由 李密 杨岳明 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于最小二乘法的ADC校准方法,包括以下步骤：1、DAC一致性校准；2、将DAC从0开始,增加到最大电压作为ADC输入；3、ADC选择CHANNEL口；4、ADC初始化；5、采样、保存ADC数据；6、取电压和采样CODE值；7、将数据代入最小二乘法基于线性方程的公式进行求解得到的a,b值；8、反推其他点样点的电压,计算其他采样点和理论电压的偏差；9、将A,B值写入FLASH的特定区域；本发明实现将DAC作为输出给ADC,实现ADC的校准,本发明计算简单、操作方便、成本低廉；综合考虑到了ADC的偏置误差、增益误差和非线性误差,提高了ADC的一致性和精度。(the invention discloses an ADC calibration method based on a least square method, which comprises the following steps: 1. calibrating the DAC consistency; 2. starting DAC from 0 and increasing to the maximum voltage as ADC input; 3. ADC selects a CHANNEL port; 4. initializing an ADC; 5. sampling and storing ADC data; 6. taking a voltage and sampling a CODE value; 7. substituting the data into a least square method based on a formula of a linear equation to solve to obtain a value a and a value b; 8. reversely deducing the voltages of other sampling points, and calculating the deviation between other sampling points and the theoretical voltage; 9. writing the A and B values into a specific area of the FLASH; the invention realizes that the DAC is used as output to the ADC to realize the calibration of the ADC, and the invention has simple calculation, convenient operation and low cost; offset error, gain error and nonlinear error of ADC are comprehensively considered, and the consistency and precision of ADC are improved.)

一种基于最小二乘法的ADC校准方法

技术领域

本发明涉及集成电路模拟电路技术领域，尤其涉及一种基于最小二乘法的ADC校准方法。

背景技术

ADC，Analog-to-Digital Converter的缩写，指模/数转换器或者模数转换器。是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。

目前集成电路行业对于ADC的精度和一致性要求越来越高，比如无人机行业等，但目前很多公司的芯片的ADC的精度和一致性可能距离欧美大厂的ADC的性能差距还是很大。现有技术中，多是从硬件层面改善ADC校准的精度，但较少有从数据算法上改善精度的ADC校准方法。因此，仍然存在ADC一致性不高、精度较差、校准方法自动化程度低、校准方法存在人为因素，采样点过少等技术问题。

为解决上述技术问题，本领域技术人员尝试提出一种基于最小二乘法的ADC校准方法，该方法能有效提高ADC的精度和一致性，无论在理论上还是应用上都有大幅度的提升，且实施方便简单，外部电路简单易懂，自动化程度很高，有效避免各种人为因素的影响。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如果基于最小二乘法，对ADC的校准起到改善作用，提高ADC的一致性和精度。

为实现上述目的，本发明提供了提供一种基于最小二乘法的ADC校准方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、将13位的DAC进行一致性校准；

步骤2、通过自动平台中的上位机控制将DAC按照从0开始，依次按照步进值5mV增加到最大电压，其中，如果选择0-VDD档，则所述最大电压为VDD电压；如果选择0-2V档，则最大电压为2V电压，依次作为ADC的输入；

步骤3、ADC选择CHANNEL口，将DAC的输入作为ADC的标准输入；

步骤4、ADC初始化，包括配置时钟和采样；

步骤5、通过所述自动化平台采样并保存ADC的数据；

步骤6、以50mv为步进值，取ADC采样电压值和CODE值；

步骤7、将所述采样电压值和所述CODE值作为一组数据，将其代入最小二乘法基于线性方程的公式进行求解，得到a,b值；

步骤8、利用所述a,b值，反推其他点样点的电压，计算所述其他采样点和理论电压的偏差；

步骤9、利用所述自动化平台的上位机将所述A,B值写入FLASH的特定区域，用户可以直接读该区域数据作为校准后的ADC数据使用。

进一步地，步骤1中的DAC经过校准后，偏差不超过0.05mV。

进一步地，步骤2中，所述步进值可以灵活配置，并通过所述上位机操作可以实现所述步进值的自动增加，使DAC能够从0V增加到所述最大电压。

进一步地，步骤3中，所述ADC的输入为从0v到所述最大电压。

进一步地，步骤4中，所述ADC初始化，具体包括时钟配置，channel号配置，GPIO配置，采样率配置。

进一步地，步骤5中，所述采样具体包括，通过所述自动化平台将ADC采样数据在每个电压进行100次采样，筛除最大值和最小值，取平均值并保存数据。

进一步地，步骤6中，取ADC采样电压值和CODE值是由所述自动平台执行的。

进一步地，步骤7中，所述最小二乘法基于线性方程为一次函数的最小二乘法方程，具体满足如下公式：

用于求解所述a,b值的方程组，具体满足如下公式：

其中，y_i＝ax_i+b。

进一步地，步骤8中，利用步骤7中计算得到的所述a,b值，拟合得到的基于最小二乘法的直线，并将所有采样点代入方程中反推优化后的电压和理论偏差。

进一步地，步骤9中，所述特定区域为flash的特殊INFO区域。

本发明相比现有技术，至少具备以下技术优势：

1、能够显著提高ADC一致性，精度；

2、减少了分压电阻和采样点太少导致的偶然误差；

3、整个平台更加自动化，减少人为因素的影响；

4、不仅减少了截距、斜率的偏差，对于输入的偏差和其他外部偏差也可以做到有效减少。

附图说明

图1是本发明一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的一个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

本实施例基于一套自动平台，自动平台基于一个16位的DAC，且偏差低于0.05mv的开发板，其作为ADC的输入，夹具板作为测试板；在ADC设计中预留6个输入端口，其中一个为ADC CHANNEL口，可以通过配置GPIO选择其中一个端口作为ADC的输入端口；配合上位机实现5mv每个步进值自动增加，且在测试得到测试数据后，根据具体的点，依据最小二乘法算出拟合后的线性方程的a,b值，然后将a,b值写入INFO区特定的区域。

如图1所示，一种基于最小二乘法的ADC校准方法包括以下步骤：

步骤1、将13位的DAC进行一致性校准；通过硬件电阻电容等器件和软件方法，使DAC的板子输出比较准。在经过校准以后，DAC输出偏差不超过0.05mV。

步骤2、通过自动平台中的上位机控制将DAC按照从0开始，依次按照步进值2mV增加到最大电压(0-VDD档为VDD电压，0-2V档为2V电压)，依次给ADC作为输入；该步进值也可以灵活配置，例如采用5mV作为步进值。该步进值通过上位机操作可以实现所述步进值的自动增加，使DAC能够从0V增加到所述最大电压。

步骤3、ADC选择CHANNEL口，将DAC的输入作为ADC的标准输入；并确保ADC的输入能够覆盖从0v到最大电压；减少测试数据偶然性的误差。

步骤4、ADC配置时钟，采样等初始化；具体包括时钟配置，channel号配置，GPIO配置，采样率配置等等。

步骤5、通过自动化平台采样ADC的数据，保存数据；具体地，通过所述自动化平台将ADC采样数据在每个电压进行100次采样，筛除最大值和最小值，取平均值并保存数据。

步骤6、采用自动化平台，将STEP为50mv的采样CODE值(比如0-2v档：50mv,100mv,150mv...2000mv)，读取出来，然后根据带入基于一次函数的最小二乘法计算出来的方程，进行求解。

步骤7、步骤7、将所述采样电压值和所述CODE值作为一组数据，将其代入最小二乘法基于线性方程的公式进行求解，得到a,b值；

最小二乘法公式为：

基于线性方程为一次函数的最小二乘法方程，具体满足如下公式：

对上述公式求偏导，然后使用克莱姆法则，不同的a,b会导致不同的ε，当ε取到最小值时，得到用于求解a,b值的方程组。

其中，F(x)为模型函数；y_i＝ax_i+b。

步骤8、利用步骤7中计算得到的a,b值，拟合得到的基于最小二乘法的直线，并将所有采样点代入方程中反推优化后的电压和理论偏差。

步骤9、利用自动化平台的上位机将a,b值写入flash特殊的INFO区域区域，用户可以直接读该区域数据作为校准后的ADC数据使用。

以下为采用本发明的方案得到的一组拟合数据。

表1、最小二乘法求解得到的a,b值

表2、部分点数据偏差对比

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。