專利名稱:時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)間失配的校準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)間失配的校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括N路標(biāo)準(zhǔn)通道和一路參考通道、采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路和采樣時(shí)間調(diào)整控制電路；通過采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路提取出待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道的調(diào)整電路控制系數(shù)，并將調(diào)整電路控制系數(shù)傳送至采樣時(shí)間調(diào)整控制電路，采樣時(shí)間調(diào)整控制電路控制待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道的采樣時(shí)鐘。本實(shí)用新型在提取調(diào)整電路控制系數(shù)時(shí)使用極性信息代替信號(hào)本身，有效避免了振幅誤差影響采樣時(shí)間的校準(zhǔn)，電路結(jié)構(gòu)簡單易行，不需要微分器，校準(zhǔn)精度高，不受信號(hào)幅度和增益失配的影響。
【專利說明】
時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)間失配的校準(zhǔn)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及后臺(tái)校準(zhǔn)領(lǐng)域，特別是涉及時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)間失配的校準(zhǔn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]采用時(shí)域交織模式是顯著提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的有效采樣率的一種簡單方法，圖1顯示了一種典型的時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它由N個(gè)相同的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道構(gòu)成，每個(gè)通道的時(shí)鐘頻率為fck，但采樣時(shí)間錯(cuò)開Tck/N，因此，這N通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器整體采樣率相當(dāng)于一個(gè)時(shí)鐘頻率為fck*N的單通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣時(shí)間為l/(fck*N)。顯然，這種交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的芯片面積以及功耗是單通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的N倍，然而，當(dāng)單通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器難以完成高采樣率時(shí)(受限與制造工藝)，在需要高采樣率的情況下這些還是可以接受的。
[0003]相比單通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，盡管時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器存在速度的優(yōu)勢，但其還存在一些缺陷:不同通道之間的失配在輸出頻譜上產(chǎn)生雜波信號(hào)，通道失配主要包括:失調(diào)失配、增益失配、采樣時(shí)間失配三種類型，對(duì)一個(gè)N通道交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，失調(diào)失配在頻率為m*f ck處產(chǎn)生噪聲頻譜分量;增益失配在頻率為m*f ck+/-f…處產(chǎn)生噪聲頻譜分量;采樣時(shí)間失配同樣在頻率為πι*?^+/-?^處產(chǎn)生噪聲頻譜分量(m=l、2……^?為輸入信號(hào)頻率)；在實(shí)際設(shè)計(jì)中，8位至10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠通過仔細(xì)的電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)使其通道之間達(dá)到準(zhǔn)確匹配，但在10位以上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)需要較高的性能時(shí)就必須為失配誤差校準(zhǔn)設(shè)計(jì)特定的校準(zhǔn)方案，為了避免模數(shù)轉(zhuǎn)換器操作的被打斷，在后臺(tái)運(yùn)行校準(zhǔn)是十分必要可取的。
[0004]在失配的不同類型中，由于需要高頻輸入信號(hào)來準(zhǔn)確提取時(shí)序偏差信息，采樣時(shí)間失配是最難校準(zhǔn)的(失調(diào)失配無需任何輸入信號(hào)，增益失調(diào)僅僅需要輸入直流信號(hào))，圖2為一種最常用的采樣時(shí)間失配校準(zhǔn)，其增加了一個(gè)參考通道，該參考通道運(yùn)行在全速率(N*U或者是稍低的速率但校準(zhǔn)時(shí)采樣時(shí)刻隨通道能夠調(diào)整一致。此時(shí)，采樣誤差能夠通過LMS(最小均方誤差)算法得出:
[0005]Terr(k+l)=Terr(k)-u*dev( (Sn-Sref)D(I)
[0006]其中，Te3rr是在誤差校準(zhǔn)模塊中將要使用到的預(yù)估采樣誤差(無論是模擬還是數(shù)字)，u是比例因子，5?是1!通道的輸出，Sre3f是標(biāo)準(zhǔn)通道的輸出。為了減少校準(zhǔn)范圍和使設(shè)計(jì)簡單，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，我們只需要得出不同通道之間的相對(duì)采樣時(shí)間失配而不是相對(duì)于參考通道的絕對(duì)采樣時(shí)間失配(參考通道可能會(huì)根據(jù)特定的實(shí)施方案具有較大的時(shí)序偏差)，這種校準(zhǔn)方法存在的一個(gè)問題是它不能夠從采樣時(shí)間失配中區(qū)分出增益失配，從而造成其對(duì)增益失配較為敏感。為了取保其正常工作，增益失配必須首先去除，而這些是不容易實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵鲆嫘?zhǔn)和時(shí)間校準(zhǔn)需要在后臺(tái)同時(shí)運(yùn)行。
[0007]圖3為另一種對(duì)增益失配不敏感的采樣時(shí)間失配校準(zhǔn)，它跟圖2所示方法類似，也是增加了參考通道來輔助采樣時(shí)間誤差的測量，然而，所不同的是此時(shí)參考通道處理的并不是輸入信號(hào)，而是輸入信號(hào)的導(dǎo)數(shù)信號(hào)，采樣誤差能夠通過類似的LMS(最小均方誤差)算法得出
[0008]Terr ( k+1 ) = Terr ( k ) +U*de V ( ( Sn*Sref ) ' 2 )(2)
[0009]為了減少校準(zhǔn)范圍和使設(shè)計(jì)簡單，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，我們只需要得出不同通道之間的相對(duì)采樣時(shí)間失配而不是相對(duì)于參考通道的絕對(duì)采樣時(shí)間失配(參考通道可能會(huì)根據(jù)特定的實(shí)施方案具有較大的時(shí)序偏差)，該方法對(duì)增益失配不敏感的原因主要在于sn*sref是輸入信號(hào)和輸入信號(hào)的導(dǎo)數(shù)交叉相關(guān)，且如果參考通道和校準(zhǔn)通道采樣時(shí)間是完全一致的話它的值接近于零(輸入信號(hào)可以看著是差分正弦波和正弦波交叉相關(guān)以及其導(dǎo)數(shù)的和為零)，相比較圖2的方法，這種方法更具魯棒性，然而，測量所示輸入信號(hào)的導(dǎo)數(shù)并不是個(gè)簡單的任務(wù)，它需要模擬或者數(shù)字微分器。但是這樣不僅增加了電路的復(fù)雜性，而且其校準(zhǔn)精度受限與微分器的精度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]實(shí)用新型目的:本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠解決傳統(tǒng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的缺陷的時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)間失配的校準(zhǔn)系統(tǒng)。
[0011]技術(shù)方案:本實(shí)用新型所述的時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)間失配的校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括N路標(biāo)準(zhǔn)通道和一路參考通道、采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路和采樣時(shí)間調(diào)整控制電路;通過采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路提取出待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道的調(diào)整電路控制系數(shù)，并將調(diào)整電路控制系數(shù)傳送至采樣時(shí)間調(diào)整控制電路，采樣時(shí)間調(diào)整控制電路控制待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道的采樣時(shí)鐘。
[0012]進(jìn)一步，所述調(diào)整電路控制系數(shù)通過式(I)進(jìn)行計(jì)算:
[0013]CTSk+i = CTSk-u*(ek_ek-1)*sign(CTSk_CTSk-1) (I)
[0014]式(I)中，CST為調(diào)整電路控制系數(shù)，u為逼近算法迭代步長系數(shù)，e為誤差函數(shù)，k為標(biāo)準(zhǔn)通道的序號(hào)；
[0015]其中，e通過式(2)進(jìn)行計(jì)算:
[0016]e = abs(sign(Sn)-sign(Sref))(2)
[0017]式(2)中，Sn為標(biāo)準(zhǔn)通道的輸出信號(hào)，Sref為參考通道的輸出信號(hào)。
[0018]進(jìn)一步，所述參考通道的采樣時(shí)鐘等于或高于標(biāo)準(zhǔn)通道的采樣時(shí)鐘。
[0019]進(jìn)一步，所述采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路中，標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道各自經(jīng)過消除直流電路后送至通道輸出極性檢測電路，得到標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道各自的極性信息，然后送至最小方差電路進(jìn)行調(diào)整電路控制系數(shù)的計(jì)算。
[0020]進(jìn)一步，所述最小方差電路計(jì)算調(diào)整電路控制系數(shù)的過程為:首先將標(biāo)準(zhǔn)通道的極性信息與參考通道的極性信息相減，取絕對(duì)值，然后將多個(gè)絕對(duì)值相加，再乘以步長控制系數(shù)，之后乘以上一次計(jì)算得到的調(diào)整電路控制系數(shù)的差分后的極性信息，從而得到本次計(jì)算的調(diào)整電路控制系數(shù)。
[0021]進(jìn)一步，所述采樣時(shí)間調(diào)整控制電路包括多個(gè)串聯(lián)的反相器。
[0022]有益效果:本實(shí)用新型在提取調(diào)整電路控制系數(shù)時(shí)使用極性信息代替信號(hào)本身，有效避免了振幅誤差影響采樣時(shí)間的校準(zhǔn)，電路結(jié)構(gòu)簡單易行，不需要微分器，校準(zhǔn)精度高，不受信號(hào)幅度和增益失配的影響。
【附圖說明】

[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種典型的時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；
[0024]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一種采用了采樣時(shí)間失配校準(zhǔn)系統(tǒng)的時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路不意圖；
[0025]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的另一種采用了采樣時(shí)間失配校準(zhǔn)系統(tǒng)的時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路不意圖；
[0026]圖4為采用了本實(shí)用新型的校準(zhǔn)系統(tǒng)的時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；
[0027]圖5為本實(shí)用新型的采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路的電路示意圖；
[0028]圖6為本實(shí)用新型的采樣時(shí)間調(diào)整控制電路的電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。
[0030]本實(shí)用新型公開了一種時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)間失配的校準(zhǔn)系統(tǒng)，如圖4所示，包括N路標(biāo)準(zhǔn)通道和一路參考通道、采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路I和采樣時(shí)間調(diào)整控制電路2;通過采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路I提取出待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道的調(diào)整電路控制系數(shù)，并將調(diào)整電路控制系數(shù)傳送至采樣時(shí)間調(diào)整控制電路2，采樣時(shí)間調(diào)整控制電路2控制待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道的采樣時(shí)鐘。
[0031]如圖5所示，以第k個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通道為例來介紹采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路I的工作過程:采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路I中，第k個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道各自經(jīng)過消除直流電路后送至通道輸出極性檢測電路，得到標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道各自的極性信息，然后送至最小方差電路11進(jìn)行調(diào)整電路控制系數(shù)的計(jì)算。
[0032]如圖5所示，最小方差電路11計(jì)算調(diào)整電路控制系數(shù)的過程為:首先將標(biāo)準(zhǔn)通道的極性信息與參考通道的極性信息相減，取絕對(duì)值，然后將多個(gè)絕對(duì)值相加，再乘以步長控制系數(shù)，之后乘以上一次計(jì)算得到的調(diào)整電路控制系數(shù)的差分后的極性信息，從而得到本次計(jì)算的調(diào)整電路控制系數(shù)。
[0033]如圖6所示，采樣時(shí)間調(diào)整控制電路2包括多個(gè)串聯(lián)的反相器，其中的一些反相器的延時(shí)可以通過調(diào)整上拉和下拉電流來控制，此外還可以調(diào)節(jié)電源電壓、電容負(fù)載大小等，在實(shí)際設(shè)計(jì)中可根據(jù)需要選擇最佳方案。
[0034]本系統(tǒng)按照以下的方法進(jìn)行校準(zhǔn)，包括以下的步驟:
[0035]S1:在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的N路標(biāo)準(zhǔn)通道之外增加一路參考通道，形成共N+1路通道；
[0036]S2:各路通道的輸出數(shù)據(jù)送至采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路I，提取出調(diào)整電路控制系數(shù)并送至采樣時(shí)間調(diào)整控制電路2;
[0037]調(diào)整電路控制系數(shù)通過式(I)進(jìn)行計(jì)算:
[0038]CTSk+i = CTSk-u* (ek_ek-1) *s i gn (CTSk-CTSk-1) (I)式(I)中，CST 為調(diào)整電路控制系數(shù)，u為逼近算法迭代步長系數(shù)，e為誤差函數(shù)，k為標(biāo)準(zhǔn)通道的序號(hào)；
[0039]其中，e通過式(2)進(jìn)行計(jì)算:
[0040]e = abs(sign(Sn)-sign(Sref))(2)
[0041]式(2)中，Sn為標(biāo)準(zhǔn)通道的輸出信號(hào)，Srrf為參考通道的輸出信號(hào)；
[0042]S3:采樣時(shí)間調(diào)整控制電路2根據(jù)調(diào)整電路控制系數(shù)CST來提前或者延遲待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道的采樣時(shí)鐘，使其縮小與參考通道的差別；
[0043]S4:對(duì)所有待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道重復(fù)步驟SI至S3，直至所有待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道均校準(zhǔn)完畢，此時(shí)調(diào)整電路控制系數(shù)CST將逐漸收斂到一個(gè)最優(yōu)值使各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通道的采樣時(shí)間與參考通道的采樣時(shí)間的差值接近于零，從而達(dá)到校準(zhǔn)的目的。
[0044]本實(shí)用新型的這種校準(zhǔn)方法是一種后臺(tái)運(yùn)行的自適應(yīng)校準(zhǔn)，不會(huì)打斷模數(shù)轉(zhuǎn)換器的正常轉(zhuǎn)換，而且可以跟蹤電路隨環(huán)境和時(shí)間的漂移。
[0045]參考通道的設(shè)計(jì)有兩種方式:一種是采用與標(biāo)準(zhǔn)通道相同的結(jié)構(gòu)，但采樣時(shí)間可以動(dòng)態(tài)重新配置到與某一待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道相同的時(shí)間點(diǎn)上；另一種是采用高速結(jié)構(gòu)，但分辨率較低。
[0046]失調(diào)失配校準(zhǔn)的方法有多種，比較簡單的是將待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道的輸出平均值和參考通道的輸出平均值相減，得到兩通道的失調(diào)失配差值。
[0047]下面以第k個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通道為例，介紹怎樣計(jì)算調(diào)整電路控制系數(shù):在模數(shù)轉(zhuǎn)換器正常運(yùn)行并有輸入信號(hào)的情況下，將參考通道的采樣時(shí)間配置到與第k個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通道的采樣時(shí)間相同的位置上，然后收集M個(gè)參考通道和第k個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通道的輸出信號(hào)，檢測輸出信號(hào)的極性，并采用式(I)來計(jì)算調(diào)整電路控制系數(shù)。其中，M根據(jù)實(shí)際收斂情況來調(diào)整，式(I)中的u也根據(jù)實(shí)際收斂情況來調(diào)整。
[0048]在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，在檢測輸出信號(hào)極性時(shí)，輸入信號(hào)可以包括大的直流偏移因而沒有交叉零點(diǎn)，這些可以通過從輸入信號(hào)中減去直流偏移(取平均)來切換輸入信號(hào)使其圍繞零點(diǎn)移動(dòng)來解決。另外，在沒有輸入信號(hào)時(shí)，為了仍能進(jìn)行采樣時(shí)間校正，可內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)交流信號(hào)，加到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端。還有，為降低或消除，有規(guī)律的調(diào)整個(gè)通道采樣時(shí)間所造成的雜波，可隨機(jī)選擇通道進(jìn)行校正，而不是按順序從通道I到N。另外，在一個(gè)校正周期后可隨機(jī)插入等待時(shí)間，也可降低雜波。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)間失配的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:包括N路標(biāo)準(zhǔn)通道和一路參考通道、采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路(I)和采樣時(shí)間調(diào)整控制電路(2);通過采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路(I)提取出待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道的調(diào)整電路控制系數(shù)，并將調(diào)整電路控制系數(shù)傳送至采樣時(shí)間調(diào)整控制電路(2)，采樣時(shí)間調(diào)整控制電路(2)控制待校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通道的采樣時(shí)鐘；其中，采樣時(shí)間失配系數(shù)提取電路包括多路消除直流電路和通道輸出極性檢測電路，還包括最小方差電路，標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道各自經(jīng)過消除直流電路后送至通道輸出極性檢測電路，得到標(biāo)準(zhǔn)通道和參考通道各自的極性信息，然后送至最小方差電路進(jìn)行調(diào)整電路控制系數(shù)的計(jì)算;最小方差電路包括減法器、絕對(duì)值電路、加法器、第一乘法器、第二乘法器和差分電路，首先將標(biāo)準(zhǔn)通道的極性信息與參考通道的極性信息相減，取絕對(duì)值，然后將多個(gè)絕對(duì)值相加，再乘以步長控制系數(shù)，之后乘以上一次計(jì)算得到的調(diào)整電路控制系數(shù)的差分后的極性信息，從而得到本次計(jì)算的調(diào)整電路控制系數(shù);采樣時(shí)間調(diào)整控制電路包括多個(gè)串聯(lián)的反相器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)域交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)間失配的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述參考通道的采樣時(shí)鐘等于或高于標(biāo)準(zhǔn)通道的采樣時(shí)鐘。
【文檔編號(hào)】H03M1/12GK205725706SQ201620231493
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】李紀(jì)鵬
【申請(qǐng)人】南京天易合芯電子有限公司