一種帶參考通道的tiadc的數(shù)字后臺實時補償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種參考通道的TIADC的數(shù)字后臺實時補償方法，其特征是按如下步驟進行：1構建帶參考通道的TIADC的校準系統(tǒng)；2利用時鐘控制器分別對外部模擬輸入信號進行同一時刻的采樣；3后臺校準模塊進行誤差補償；4對參考通道ADC與所述TIADC進行連續(xù)采樣并轉(zhuǎn)換；5后臺校準模塊進行求差計算；6利用LMS算法進行更新直至獲得穩(wěn)定的誤差估計值，最終輸出合成值。本發(fā)明能在純數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)對TIADC通道間失配誤差的實時補償，對輸入信號頻率沒有限制，且能適用于任意通道數(shù)的TIADC通道失配誤差校準。
【專利說明】一種帶參考通道的TIADC的數(shù)字后臺實時補償方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及高速、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換【技術領域】，具體地說是一種對TIADC中通道間 失配誤差的校準結(jié)構和方法。

【背景技術】
[0002] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-DigitalConverters,ADC)在高速圖像視頻處理，無線 通信，數(shù)字示波器等領域有著廣泛的應用。隨著這些設備的工作速度越來越高，對于應用 于其中的ADC的轉(zhuǎn)換速率要求也越來越高。而如今，各種結(jié)構的單通道ADC，速度和精度兩 方面不斷逼近已有實現(xiàn)條件下的性能極限。為了提高ADC系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換速率，一種方法是采 用多個ADC時間交織的方式工作，由此發(fā)展出的多通道時間交織ADC(Timing-Interleaved ADC，TIADC)得到了廣泛的應用。然而，由于通道之間的失調(diào)失配、增益失配以及采樣時刻 的失配，嚴重限制了TIADC系統(tǒng)的動態(tài)性能。
[0003] 針對TIADC的失配誤差，國內(nèi)外已提出了許多方案來進行各種誤差的分析和補償 方法，國內(nèi)如鄒月嫻和張尚良發(fā)明的基于拉格朗日插值方法的TIADC時間失配實時補償算 法（鄒月嫻，張尚良.一種基于拉格朗日插值方法的時間交替模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（TIADC)系統(tǒng) 時間失配實時補償算法.中國專利=200910109487. 6, 2009-08-21)，劉素娟，王俊山等人 發(fā)明的一種新的針對TIADC系統(tǒng)時間誤差的估計方法（劉素娟，王俊山等.一種新的針 對TIADC系統(tǒng)時間誤差的估計方法.中國專利：201310193800. 5,20132. 05. 22)，但是這 些算法校正所需的硬件和性能的代價太大，且校準的精度有限。S.Jamal和D.Fu等人提 出基于隨機斬波對失調(diào)失配進行校準，基于相關運算（correlation-basedalgorithms) 對增益失配和采樣時間失配進行校準（JamalShafiqM，F(xiàn)uDaihong,HurstPaulJ,Lewis StephenH.Al〇-b120-Msample/stime-interleavedanalog-t〇-digitalconverter withdigitalbackgroundcalibration[J].IEEEJournalofSolid-StateCircuits,v 37，n12,p1618-1627,December2002)，然而這種方案只適用于兩通道的TIADC，無法向 更多通道甚至任意通道擴展。HuawenJin和EdwardLee等人提出增加一個冗余通道以 使通道隨機化的方法，通過將各種失配誤差雜散失真打散，改善了系統(tǒng)的無雜散動態(tài)范 圍(HuawenJin；Lee,E；Hassoun,M. ^Time-interleavedA/Dconverterwithchannel randomization〃Proceedingsof1997IEEEInternationalSymposiumonCircuitsand Systems(ISCAS) 1997.)，但該方法并不能改善TIADC系統(tǒng)的信噪比。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供一種帶參考通道的TIADC的數(shù)字 后臺實時補償方法，能在純數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)對TIADC通道間失配誤差的實時補償，對輸入信號 頻率沒有限制，且能適用于任意通道數(shù)的TIADC通道失配誤差校準。
[0005] 本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案：
[0006] 本發(fā)明一種帶參考通道的TIADC的數(shù)字后臺實時補償方法的特點是按如下步驟 進行：
[0007] 步驟1、構建帶參考通道的TIADC的校準系統(tǒng)；
[0008] 所述校準系統(tǒng)的組成包括：時鐘控制器、帶參考通道的TIADC、后臺校準模塊和數(shù) 據(jù)選擇器單元；
[0009] 所述帶參考通道的TIADC是由N個子通道ADC并聯(lián)構成的TIADC以及一個參考通 道ADC組成；
[0010] 后臺校準模塊是由失配誤差補償單元、求差單元和趨零型自適應校準單元組成；
[0011] 步驟2、所述參考通道ADC和TIADC中的任一子通道ADC利用所述時鐘控制器分別 對外部模擬輸入信號x進行同一時刻的采樣，并分別利用式（1)和式（2)進行轉(zhuǎn)換獲得參 考通道數(shù)字信號5^和任一子通道數(shù)字信號h后輸出至所述后臺校準模塊；

【權利要求】
1. 一種帶參考通道的TIADC的數(shù)字后臺實時補償方法，其特征是按如下步驟進行： 步驟1、構建帶參考通道的TIADC的校準系統(tǒng)； 所述校準系統(tǒng)的組成包括：時鐘控制器、帶參考通道的TIADC、后臺校準模塊和數(shù)據(jù)選 擇器單元； 所述帶參考通道的TIADC是由N個子通道ADC并聯(lián)構成的TIADC以及一個參考通道ADC組成； 后臺校準模塊是由失配誤差補償單元、求差單元和趨零型自適應校準單元組成； 步驟2、所述參考通道ADC和TIADC中的任一子通道ADC利用所述時鐘控制器分別對外 部模擬輸入信號X進行同一時刻的采樣，并分別利用式（1)和式（2)進行轉(zhuǎn)換獲得參考通 道數(shù)字信號K和任一子通道數(shù)字信號h后輸出至所述后臺校準模塊； yr=x+x〇Sr +xgr+X'K(1) 乃=文+?,+雙盧' (2) 式⑴和式⑵中，&,.和·^,分別為所述參考通道ADC的失調(diào)誤差值和所述任一子通 道ADC的實際失調(diào)誤差值；je[1，2，···Ν];仏和8」分別為所述參考通道ADC的增益誤差值 和所述任一子通道ADC的實際增益誤差值；Λ和Λtj分別為所述參考通道ADC的采樣時 間誤差值和所述任一子通道ADC的實際采樣時間誤差值；X'為所述外部模擬輸入信號X在 數(shù)字域的一階導數(shù)； 步驟3、所述后臺校準模塊的失配誤差補償單元接收所述參考通道數(shù)字信號任一子 通道數(shù)字信號，進行誤差補償，則經(jīng)過補償后的參考通道ADC的輸出和經(jīng)過補償后的所述 任一子通道ADC的輸出分別為： yr=(X+Xoir+ xgr +X1Atr)-Xoif -xgr -x'Atr^X+sos： + xeg r + x'St r(3) y. =(x+x〇s^ + Xgj+x'At.)-x〇Sj-Xgj-X'Atj?X+ ,+XSgj+X'etj(4) 式（3)中，&為參考通道ADC的失調(diào)誤差估計值，&為參考通道ADC失調(diào)誤差的補償 差，并有：心―心,；良參考通道ADC的增益誤差估計值，&為參考通道ADC的增益誤 差的補償差，并有= & ;Δ&為參考通道ADC的采樣時間誤差估計值，εu為參考通 道ADC的采樣時間誤差的補償差，并有= -Δ(; 式（4)中，I,為所述任一子通道ADC的失調(diào)誤差估計值，心,為所述任一子通道ADC 失調(diào)誤差的補償差，并有：心,·，I7 .為所述任一子通道八0(：的增益誤差估計值， ε&』為任一子通道ADC的增益誤差的補償差，并有：=A-毛；為所述任一子通道ADC的采樣時間誤差估計值，εu為所述任一子通道ADC的采樣時間誤差的補償差，并有 步驟4、以采樣周期乙=+為時間間隔，對所述參考通道ADC與所述TIADC進行 連續(xù)Jkf=Kx(AiIl)X+次采樣并轉(zhuǎn)換，分別獲得補償后的參考通道數(shù)字信號集合 Jref >IiOjf ]和獲得補償后的TIADC數(shù)字信號集合|>t=1'2'^]輸出至所述求差單元;fs為 所述TIADC的采樣頻率，f,ef為所述參考通道ADC的采樣頻率；k彡3 ; 步驟5、所述后臺校準模塊的求差單元接收參考通道數(shù)字信號集合 和TIADC數(shù)字信號集合& |#2' +'"^并利用式（5)進行求差計算，獲得差值集合
步驟6、將所述差值集合[A4卜工·?_I]代入式（6)所示的矩陣方程： Δ = CXE(6) 式（6)中，Λ= [Ay1J1Ay2，r2 ...Aywr1Aylr1+1 ...AyNrJ ...ΛyNrM]1XMT ;
;E=[E1 E2 E3]T，并有： Luu ···u -1iJ寧+3>
步驟7、利用所述趨零型自適應校準單元的LMS算法對所述矩陣方程求解，獲得更新的 參考通道ADC的失調(diào)誤差估計值I,，增益誤差估計值&和采樣時間誤差估計值Mr;同時， 獲得更新的所述任一子通道ADC的失調(diào)誤差估計值I,，增益誤差估計值&和樣時間誤差 估計值并傳遞給所述失配誤差補償單元； 步驟8、重復步驟4至步驟7,直至獲得穩(wěn)定的參考通道ADC的失調(diào)誤差估計值^^，增 益誤差估計值和采樣時間誤差估計值同時，獲得穩(wěn)定的所述任一子通道ADC的失調(diào) 誤差估計值$%，增益誤差估計值毛;和樣時間誤差估計值△&，并傳遞給所述失配誤差補償 單元，則完成所述任一子通道ADC的失調(diào)誤差、增益誤差和采樣時間誤差的校準； 步驟9、所述數(shù)據(jù)選擇器單元對所接收的校準后的輸出值％進行合成，獲得所述TIADC 的最終輸出值Dtjut。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶參考通道的時間交叉ADC的數(shù)字后臺實時補償方法，其特 征是，所述步驟7是利用式（10)、式（11)和式（12)所示的LMS算法進行迭代計算：
瓦UU)、瓦UU利瓦UW干，代伏數(shù)，ke[1,2，...，°〇 ]隊^?和?分別為對失調(diào)誤差估計值、增益誤差估計值和采樣時間誤差估計值進行迭代計算的迭代步長； )分別為失調(diào)估計值、增估計值#采樣時丨旬估計值在@ 代計算過程中的前一個取值；<st+1)、#&+1)和Λ^λ+1):分別更新后的失調(diào)誤差估計值、增益 誤差估計值和采樣時間誤差估計值。
【文檔編號】H03M1/10GK104467842SQ201410610649
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權日:2014年11月3日
【發(fā)明者】陳紅梅, 鄧紅輝, 尹勇生 申請人:合肥工業(yè)大學