專利名稱：Tiadc系統(tǒng)通道誤差的聯(lián)合估計及實時校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高速高精度采樣技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種TIADC系統(tǒng)通道 誤差的聯(lián)合估計及實時校正方法。
背景技術(shù)：
隨著大規(guī)模集成電路、數(shù)字信號處理技術(shù)和微型計算機等的發(fā)展，許多數(shù)字信號 處理設(shè)備，如雷達(dá)系統(tǒng)、現(xiàn)代通信、遙感遙測等，對模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(ADC)的速度和精度提出 了越來越高的要求。然而，受限于器件本身的制作工藝，單片ADC難以在滿足高速度的同時 滿足高精度的要求，因此利用多片AD器件并行的時間交替采樣(TIADC，Time-interleaved ADC)成為有效提高系統(tǒng)采樣率的方法之一。如果并行時間交替ADC采樣系統(tǒng)均為理想情況，每片ADC的性能是完全一致的，采 樣時鐘嚴(yán)格按照所需相位延遲到達(dá)每個通道，那么各個通道間不存在通道誤差，這樣的采 樣稱為并行時間交替均勻采樣。但在實際條件下，由于加工、器件老化等原因，各通道間往 往存在時間延遲失配，到達(dá)每個通道AD采樣芯片的時鐘延遲不一致，致使均勻采樣變成了 非均勻采樣。除了時鐘延遲失配誤差外，TIADC系統(tǒng)各個通道之間的增益及偏移失配誤差也為 系統(tǒng)的輸出引入誤差。增益、偏移及時鐘失配誤差對TIADC系統(tǒng)輸出的影響，表現(xiàn)在輸出頻 譜上則是產(chǎn)生除輸入信號頻率之外的失真頻譜，這類失真頻譜降低了 TIADC系統(tǒng)的無雜散 動態(tài)范圍(SFDR，Spurious Free Dynamicrange)，使時間并行交替系統(tǒng)TIADC的分辨率低 于單路ADC。如果可以估計出各個通道的失配誤差，就可以根據(jù)這些誤差對各個通道的輸出數(shù) 據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)或補償，從而減小失配誤差，降低輸出頻譜失真，提高系統(tǒng)的無雜散動態(tài)范圍 SFDR0因此精確估計這些誤差并實時校正是提升系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。在通道誤差估計方面，目前大多使用構(gòu)建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行誤差估計求解，比較常用 的估計算法是利用最小二乘參數(shù)估計、三點逼近以及迭代運算的四參數(shù)型正弦擬合時間誤 差估計方法，但這種方法對于估計輸入正弦信號的頻譜純凈度要求相當(dāng)高，同時計算量大， 設(shè)計復(fù)雜。在通道誤差校正方面，偏置誤差與增益誤差的校正較時間誤差簡單，它們可分別 通過減法器和除法器進(jìn)行校正。針對時間誤差，通常采用的方法是使用可編程延遲線或鎖 相技術(shù)對時鐘進(jìn)行精確的時延調(diào)整，將計算所得的估計值反饋給采樣通道校正單元進(jìn)行補 償，這種方法通常需要在系統(tǒng)里產(chǎn)生M個微小的時間量(ps級)，用以修正采樣時鐘。但是 這在實際的系統(tǒng)中是很難通過硬件設(shè)計實現(xiàn)的，同時也會導(dǎo)致系統(tǒng)補償電路過于復(fù)雜，對 系統(tǒng)性能有很大的影響。而另一種方法是對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字處理來校正誤差，而并非對 時鐘時序進(jìn)行校正，目前通過處理數(shù)據(jù)達(dá)到誤差校正的方法可分為離線和實時兩種。離線 方法是將采樣數(shù)據(jù)送入數(shù)字信號處理器，通過軟件處理消除通道間的失配誤差。當(dāng)系統(tǒng)通 道規(guī)模擴大后，離線方法的時間開銷較大，不具備實時性。而實時處理是一種比較實用可行
3的方法，它在硬件上進(jìn)行，通過對數(shù)據(jù)序列進(jìn)行處理，實時地得到校正后的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種硬件開銷小、不需要補償電路 的TIADC系統(tǒng)通道的聯(lián)合誤差估計及實時校正方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明TIADC系統(tǒng)通道誤差的聯(lián)合估計及實時校正方法，其特 征在于，包括以下步驟(1)、通道誤差聯(lián)合估計al、向M個通道的TIADC系統(tǒng)輸入頻率為L的單音信號χ⑴=一~，其中c^ = 2 π f0 ；TIADC系統(tǒng)對單音信號χ⑴進(jìn)行采樣，得到M個通道的采樣數(shù)據(jù)& (η)，其中k代表 通道號，k = 0，1，L M-I ；a2、M個通道的采樣數(shù)據(jù)拼接在一起還原為單音信號的采樣數(shù)據(jù)χ (η)后，再 對采樣數(shù)據(jù)X (η)進(jìn)行N點FFT變換，其中N = 2"a, a為整數(shù)；a3、FFT變換結(jié)果中，在頻率為kfs/M士fQ，k = 0，IL M-I處取值，得到M個頻域值 FAk,然后對這M個頻域值FAk分別作M點IFFT變換，得出M個復(fù)數(shù)IAk，最后將M個復(fù)數(shù)IAk 通過做抽取相角和模的運算，得到M個通道的時間誤差A(yù)tk和增益誤差&，k = 0，l，L M-I ；a4、FFT變換結(jié)果中，在頻率為kfs/M，k = 0，IL M-I處取值，得到M個頻域值FBk， 然后對這M個頻域值FBk分別作M點IFFT變換，得出M個復(fù)數(shù)IBk，最后將M個復(fù)數(shù)1 通 過做模的運算，得到M個通道的偏置誤差ok，k = 0，1，L M-I ；O)、通道誤差實時校正將M個通道的偏置誤差ok、增益誤差&及時間誤差Δ tk分別送入各自通道校正裝 置中的減法器、除法器和分?jǐn)?shù)延時濾波器，對各自通道采樣數(shù)據(jù)存在的偏置誤差、增 益誤差和時間誤差分別進(jìn)行校正bl、偏置誤差校正在減法器中，各自通道采樣數(shù)據(jù)& (η)減去自通道偏置誤差ok，輸出校正后的采樣 數(shù)據(jù)；b2、增益誤差校正在除法器中，各自通道偏置誤差校正后輸出的采樣數(shù)據(jù)Xk(η)‘除以增益誤差gk， 輸出校正后的采樣數(shù)據(jù)&(11)"；b3、時間誤差校正在分?jǐn)?shù)延時濾波器中，對各自通道增益誤差校正后輸出的采樣數(shù)據(jù)&(η)“進(jìn)行 濾波，輸出校正后的采樣數(shù)據(jù)&(11)"‘，其中，分?jǐn)?shù)延時濾波器為Ρ+1個I階子濾波器組成 的Farrow結(jié)構(gòu)的濾波器，其傳遞函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種TIADC系統(tǒng)通道誤差的聯(lián)合估計及實時校正方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)、通道誤差聯(lián)合估計al、向M個通道的TIADC系統(tǒng)輸入頻率為&的單音信號x⑴=，其中c^ = 2 π fQ ； TIADC系統(tǒng)對單音信號χ (t)進(jìn)行采樣，得到M個通道的采樣數(shù)據(jù)& (η)，其中k代表通道號， k = 0，1，L M-I ；a2、M個通道的采樣數(shù)據(jù)拼接在一起還原為單音信號的采樣數(shù)據(jù)χ (η)后，再對采 樣數(shù)據(jù)x(n)進(jìn)行N點FFT變換，其中N = 2"a, a為整數(shù)；a3、FFT變換結(jié)果中，在頻率為kfs/M士fQ，k = 0，IL M-1處取值，得到M個頻域值FAk, 然后對這M個頻域值FAk分別作M點IFFT變換，得出M個復(fù)數(shù)IAk，最后將M個復(fù)數(shù)IAk通 過抽取相角和模的運算，得到M個通道的時間誤差八、和增益誤差&濁=0，1，1^ M-I ；a4、FFT變換結(jié)果中，在頻率為kfs/M，k = 0，IL M-I處取值，得到M個頻域值FBk，然后 對這M個頻域值FBk分別作M點IFFT變換，得出M個復(fù)數(shù)IBk，最后將M個復(fù)數(shù)IBk通過做 模運算得到M個通道的偏置誤差ok，k = 0，1，L M-I ； O)、通道誤差實時校正將M個通道的偏置誤差ok、增益誤差&及時間誤差A(yù)tk分別送入各自通道校正裝置中 的減法器、除法器和分?jǐn)?shù)延時濾波器，對各自通道采樣數(shù)據(jù)存在的偏置誤差、增益誤 差和時間誤差分別進(jìn)行校正 bl、偏置誤差校正在減法器中，各自通道采樣數(shù)據(jù)& (η)減去各自通道偏置誤差ok，輸出校正后的采樣數(shù) 據(jù) &(η)‘；b2、增益誤差校正在除法器中，各自通道偏置誤差校正后輸出的采樣數(shù)據(jù)& (η) ’除以增益誤差&，輸出 校正后的采樣數(shù)據(jù)& (η)“； b3、時間誤差校正在分?jǐn)?shù)延時濾波器中，對各自通道增益誤差校正后輸出的采樣數(shù)據(jù)“進(jìn)行濾波， 輸出校正后的采樣數(shù)據(jù)&(11)"‘，其中，分?jǐn)?shù)延時濾波器為P+1個I階子濾波器組成的 Farrow結(jié)構(gòu)的濾波器，其傳遞函數(shù)為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TIADC系統(tǒng)通道誤差的聯(lián)合估計及實時校正方法，其特征在 于，所述的M個通道的采樣數(shù)據(jù)在送入減法器、除法器和分?jǐn)?shù)延時濾波器，對存在的 偏置誤差、增益誤差和時間誤差分別進(jìn)行校正前，先進(jìn)行延遲，延遲時間等于聯(lián)合誤差的估 計時間，以確保采樣后的每個數(shù)據(jù)都能得到校正。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TIADC系統(tǒng)通道誤差聯(lián)合估計及實時校正方法，對輸入頻率為f0的單音信號進(jìn)行采樣，得到系統(tǒng)各通道采樣序列xk(n)，k＝0，1，L M-1，對拼接還原為單音信號的采樣數(shù)據(jù)x(n)進(jìn)行FFT變換，F(xiàn)FT變換結(jié)果中，在頻率為lfs/M±f0，l＝0，1L M-1處取值FAk，在頻率為lfs/M，l＝0，1L M-1處取值FBk，然后進(jìn)行IFFT變換，得出M個復(fù)數(shù)IAk、IBk，最后通過相角抽取和模運算算法模塊，得到時間誤差Δtk、增益誤差gk、偏置誤差ok，k＝0，1，L M-1的聯(lián)合估計。實時校正方面，利用減法器、除法器、分?jǐn)?shù)延時濾波器構(gòu)成的綜合校正機制，分別對通道采樣數(shù)據(jù)存在的偏置誤差、增益誤差和時間誤差進(jìn)行校正。本發(fā)明將三種誤差進(jìn)行聯(lián)合估計，并通過實時校正，提高了采樣序列的SFDR，即使通道誤差改變也無需更新濾波器系數(shù)或重新設(shè)計校正模塊，達(dá)到了實時校正的目的。
文檔編號H04L25/02GK102075464SQ20111002028
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者王俊麗, 王志剛, 王猛, 鄭冬 申請人:電子科技大學(xué)