專利名稱：一種時間交替adc系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速高精度采樣技術(shù)領(lǐng)域，具體來講，涉及一種時間交替ADC 系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法。
背景技術(shù)：
許多數(shù)字信號處理設(shè)備，如雷達基站或VDSL調(diào)制解調(diào)器，需要模數(shù)轉(zhuǎn)換 器(ADC)具有較高的采樣速率。為了獲得足夠高的采樣率，可采用時間交替 ADC(TIADC)系統(tǒng)來實現(xiàn)。
時間交替ADC系統(tǒng)由M組相互平行的ADC采樣通道構(gòu)成，每個ADC工 作頻率為TIADC系統(tǒng)總采樣頻率的1/M，以交替采樣的方式對輸入信號進行采 樣，因此，TIADC系統(tǒng)的采樣速率可以達到單路ADC最高采樣率的M倍，該 方法可簡單有效地提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率。
然而，如果TIADC系統(tǒng)相鄰采樣點之間的間隔不等，即各個通道時鐘延遲 不匹配時，系統(tǒng)的輸出則會產(chǎn)生誤差。當(dāng)輸入信號頻率為系統(tǒng)采樣率一半時， 要將該誤差控制在最小有效位(LSB)的一半以內(nèi)，則采樣間隔的誤差必須低于 采樣周期的(w卞倍，其中n為釆樣系統(tǒng)有效位數(shù)，比如對于一6bit的系統(tǒng)，采 樣間隔的誤差必須低于采樣周期的0.5%，當(dāng)采樣頻率為4GHz時，該誤差必須 控制在1.2皮秒以內(nèi)。
除了時鐘延遲失配誤差，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)，使TIADC系統(tǒng)的分辨率低于單 路ADC。
如果可以計算出TIADC系統(tǒng)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)進行校準(zhǔn)或補償，減小失配誤差，降低輸出頻譜失真，提 高系統(tǒng)SFDR。目前多數(shù)失配誤差的獲取方法都是在忽略增益、偏移及時鐘延遲失配誤差中的一種或兩種的基礎(chǔ)上建立的，通過這些方法獲取的失配誤差本身 就存在誤差；此外，某些獲取方法還需要額外電路如數(shù)字濾波器的配合才能完 成，額外電路的加入不僅會帶來新的誤差，而且無法獲取超高速TIADC系統(tǒng)通 道的失配誤差。
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，提供一種更為精確的時間交替 ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法， 包括以下步驟
(1) 、用正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為厶的正弦輸入信號xW，時間交替ADC 系統(tǒng)對該正弦輸入信號刑進行采樣，得到各個通道的實際輸出序列 y, =[乂
,乂[1]廣.，>^，-1]] "o,i…m-i ，其中，M是時間交替ADC系統(tǒng)的通道數(shù)；
(2) 、選取某個通道為參考通道，利用插值函數(shù)對其實際輸出序列插值， 得到其余通道相對于參考通道無失配誤差的輸出序列；
(3) 、對其余通道無失配誤差的輸出序列和實際輸出序列分別采用正弦擬 合法進行擬合，構(gòu)建出擬合的其余通道的無失配誤差的輸出序列正弦表達式和 實際輸出序列正弦表達式；
(4) 、根據(jù)擬合的其余通道無失配誤差的輸出正弦表達式和實際輸出正弦 表達式以及時間交替ADC系統(tǒng)的采樣模型力["]u("M ;+!7;+AO+叫，得到其余 通道相對于參考通道的失配誤差，其中g(shù),.、 A。以及c,.分別為時間交替ADC系統(tǒng) 第i通道的增益、采樣時鐘延遲以及偏移，n為時間交替ADC系統(tǒng)的采樣周期。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，在時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方 法中采用插值、正弦擬合，并考慮了增益、偏移及時鐘延遲誤差，保證了獲得 的通道失配誤差的精度；對參考通道序列的插值采用插值函數(shù)進行，不需要實 際的插值濾波電路，保證了插值序列的準(zhǔn)確性，且不會引入新的誤差；直接對 存儲好的時間交替ADC系統(tǒng)輸出序列進行處理，不需要考慮系統(tǒng)工作速度，因 此可測量超高速時間交替ADC系統(tǒng)；不需要在時間交替ADC系統(tǒng)中加入額外 的電路，除減少了系統(tǒng)開銷外，還使該方法可用于己經(jīng)設(shè)計好的時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取，并且不會引入新的誤差，達到了精確測量的目的。
圖1是本發(fā)明時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法一種具體實施方 式下的電原理框圖2是圖1所示的時間交替ADC系統(tǒng)第/個ADC通道的采樣模型；
圖3是圖1所示的時間交替ADC系統(tǒng)存在量化誤差時，獲取的通道失配誤差 與實際通道失配誤差的相對誤差曲線圖4是圖1所示的時間交替ADC系統(tǒng)存在量化誤差與通道隨機誤差時，獲取 的通道失配誤差與實際通道失配誤差的相對誤差曲線圖5是圖1所示的正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦輸入信號包含諧波失真，時 間交替ADC系統(tǒng)存在量化誤差與通道隨機誤差時，獲取的通道失配誤差與實際 通道失配誤差的相對誤差曲線圖6是根據(jù)本發(fā)明獲取的通道失配誤差對高速數(shù)字化儀通道輸出校準(zhǔn)前后 的輸出波形圖，其中，圖6a是未校準(zhǔn)時的輸出波形圖，圖6b是校準(zhǔn)后的輸出 波形圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行描述，以便更好地理解本發(fā)明。 需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)采用已知功能和設(shè)計的詳細描述 也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這兒將被忽略。
圖1是本發(fā)明時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法一種具體實施方 式下的電原理框圖
在本實施例中，如圖1所示，時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法涉 及的硬件包括三個部分正弦信號發(fā)生器l、 M通道的時間交替ADC系統(tǒng)2及裝 有數(shù)學(xué)計算軟件MATLAB的計算機3。 M通道的時間交替ADC系統(tǒng)2的通道標(biāo)號 從上到下依次為O，l,...，M-l，時鐘信號直接提供通道ADCo，然后依次延時 1，2,…,M-l個采樣周期后，分別提供給通道ADd、通道ADC2，...，通道ADCm-!。
M通道時間交替ADC系統(tǒng)2的工作頻率，即時鐘信號的頻率為A，時間交替器2產(chǎn)生頻率為 X^^/A^/"2M的正弦輸入信號;cW，其中N為單個通道采樣點個數(shù)，J和W互 質(zhì)，滿足上述頻率要求的正弦信號^)作為M通道時間交替ADC系統(tǒng)2的輸入信 號，可使正弦輸入信號沖)獲得相位在
上均勻分布N個不同的采樣點，有利 于提高計算精度。
用時間交替ADC系統(tǒng)2對輸入正弦信號刷進行采樣，每個通道取N=3000 個采樣點，將各個通道實際輸出序列K =b,[o]，^i]，...j,[w-1]] "o,i…m-i存入裝有數(shù) 學(xué)計算軟件MATLAB的計算機3中待下步處理，其中y,Mu("M7; 。 選取第0通道為參考通道，將0通道的實際輸出序列r。
,y。m，...,_v。[w-i]]導(dǎo)入 數(shù)學(xué)計算軟件MATLAB中，用int"(r。，M)函數(shù)對0通道實際輸出序列 & ,。
,7。W，…j。[w-i]]做M倍插值，得到M通道時間交替ADC系統(tǒng)2其余通道
不存在通道失配誤差的輸出序列f, =[j),[o]j,m,...,j),[w-1]] z",2…m-i。
用正弦函數(shù)^。s(2^A) + Ssin(2《U + C分別擬合其余通道的實際輸出及不存在 通道失配誤差的輸出序列，其中AAC為擬合時需要確定的正弦表達式參數(shù)。設(shè)
A,i,乂,為通道;不存在通道失配誤差的輸出序列f,的正弦表達式參數(shù)，dC,為 通道,實際輸出序列y,的正弦表達式參數(shù)。根據(jù)時間交替ADC系統(tǒng)的采樣模型 y, ["] = g, x("M^ + !7; + △,,)+仍，，可以得至U:
g, (cos(2;r人0[i, cos(2;ryX ) +》,sin(2;r乂X )]
—sin(2;rX/" sin(2;r厶A/,)—我cos(2;r厶A/, )]} +《+ as,
=4 cos(20,) + 5, sin(2;r/,,) + C,
最后，得到通道i相對于通道O的失配誤差為 '
A,,=幽("-")/2《，g, = ^--， as, = C, -( ，
44 + 4 cos(2《A,) + 5, sin(2《Af)
時間交替ADC系統(tǒng)2對正弦輸入信號刷進行采樣，每個通道再取N=3000 個采樣點，重復(fù)上述步驟多次，將多次獲得的通道失配誤差A(yù)f,、 g,、 ^分別進行
平均，以減小系統(tǒng)中量化誤差、隨機誤差對獲取的通道失配誤差精度的影響。
圖2是圖1所示的時間交替ADC系統(tǒng)第/個ADC通道的釆樣模型 如圖2所示，時間交替ADC系統(tǒng)單個通道的采樣模型，其第/個ADC通道的增益、偏移及時鐘延遲誤差分別為g,，。s,.,"，第/個ADC通道采樣獲得的實
際輸出序列為
在本實施中，獲得的通道失配誤差的計算精度用相對誤差公式
五
進行表示，其中f表示采用本發(fā)明的方法獲得的通道失配誤差，f是實際通道失 配誤差。
圖3是圖1所示的時間交替ADC系統(tǒng)存在量化誤差時，獲取的通道失配誤差 與實際通道失配誤差的相對誤差曲線圖
在本實施中，時間交替ADC系統(tǒng)僅僅存在8bit量化誤差時，由圖3可以看出本 發(fā)明計算出的通道失配誤差相對于實際通道失配誤差的偏差可控制在4%以內(nèi)， 并且隨著重復(fù)獲得的通道失配誤差的次數(shù)的增多，偏差進一步縮小。
圖4是圖1所示的時間交替ADC系統(tǒng)存在量化誤差與通道隨機誤差時，獲取 的通道失配誤差與實際通道失配誤差的相對誤差曲線圖
在本實施例中，時間交替ADC系統(tǒng)中存在8bit量化誤差及通道隨機誤差，且 隨機誤差服從均值為0方差為0.01的高斯分布時，獲得的通道失配誤差的精度， 由圖4可以看出，相對于實際誤差通道失配誤差的偏差可控制在5%以內(nèi)，并且隨
著重復(fù)獲得的通道失配誤差的次數(shù)的增多，偏差進一步縮小。
圖5是圖1所示的正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦輸入信號包含諧波失真，時
間交替ADC系統(tǒng)存在量化誤差與通道隨機誤差時，獲取的通道失配誤差與實際
通道失配誤差的相對誤差曲線圖
在本實施例中，正弦輸入信號雄)中存在諧波失真，時間交替ADC系統(tǒng)中存
在8bit量化誤差及通道隨機誤差服從均值為0方差為0.01的高斯分布時，獲得的通
道失配誤差的精度，由圖5可以看出，相對于實際通道失配誤差的偏差可控制在
7%以內(nèi)，并且隨著重復(fù)獲得的通道失配誤差的次數(shù)的增多，偏差進一步縮小。 圖6是根據(jù)本發(fā)明獲取的通道失配誤差對高速數(shù)字化儀通道輸出校準(zhǔn)前后
的輸出波形圖，其中，圖6a是未校準(zhǔn)時的輸出波形圖，圖6b是校準(zhǔn)后的輸出
波形圖。將本發(fā)明獲得的時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差應(yīng)用于實際12bit、 400MSPs高速數(shù)字化儀校準(zhǔn)中。該數(shù)字化儀主要由兩通道時間交替ADC系統(tǒng)構(gòu) 成，由于高速數(shù)字化儀通道失配誤差是未知的，為了有效驗證本發(fā)明獲取的通 道失配誤差的高精度，可根據(jù)本發(fā)明獲取的通道失配誤差對數(shù)字化儀輸出進行 校準(zhǔn)，觀察是否能提高高速數(shù)字化儀的性能。圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明獲取的通道 失配誤差對高速數(shù)字化儀通道輸出校準(zhǔn)前后的輸出波形，由圖6a可以看出校準(zhǔn) 前，由于通道失配誤差的影響，輸出的正弦波形不平滑有毛刺；由圖6b可以看 出根據(jù)本發(fā)明獲得的通道失配誤差，對系統(tǒng)校準(zhǔn)后，輸出的正弦波形更加平滑， 說明通道失配誤差減小了，因此驗證本發(fā)明的有效性。 .
盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的 技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式
的范圍，對本 技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的 本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的， 一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明 創(chuàng)造均在保護之列。
權(quán)利要求
1、一種時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、用正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為fin的正弦輸入信號x(t)，時間交替ADC系統(tǒng)對該正弦輸入信號x(t)進行采樣，得到各個通道的實際輸出序列Yi＝[yi
，yi[1]，...，yi[N-1]]i＝0，1…M-1，其中，M是時間交替ADC系統(tǒng)的通道數(shù)；(2)、選取某個通道為參考通道，利用插值函數(shù)對其實際輸出序列插值，得到其余通道相對于參考通道無失配誤差的輸出序列；(3)、對其余通道無失配誤差的輸出序列和實際輸出序列分別采用正弦擬合法進行擬合，構(gòu)建出擬合的其余通道的無失配誤差的輸出序列正弦表達式和實際輸出序列正弦表達式；(4)、根據(jù)擬合的其余通道無失配誤差的輸出序列正弦表達式和實際輸出正弦表達式以及時間交替ADC系統(tǒng)的采樣模型yi[n]＝gix(nMTs+iTs+Δti)+osi，得到其余通道相對于參考通道的失配誤差，其中g(shù)i、Δti以及ci分別為時間交替ADC系統(tǒng)第i通道的增益、采樣時鐘延遲以及偏移，Ts為時間交替ADC系統(tǒng)的采樣周期。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法， 其特征在于，所述的正弦輸入信號雄)頻率為厶=《/^及乂,1/(2^1《)，其中W為 單個通道采樣點個數(shù)，J和iV互質(zhì)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法，其特征在于，所述的正弦擬合法采用的正弦函數(shù)為Jc。s(2; 4A) + Ssin(2;^A) + C， 其中AAC為擬合時需要確定的正弦表達式參數(shù)；He,.為通道z無失配誤差的輸出序列《的正弦表達式參數(shù)，4，A,C,.為通道Z 實際輸出序列y,.的正弦表達式參數(shù)；根據(jù)時間交替ADC系統(tǒng)的采樣模型<formula>formula see original document page 2</formula
全文摘要
本發(fā)明公開了一種時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法，時間交替ADC系統(tǒng)對正弦輸入信號x(t)進行采樣，得到各個通道的實際輸出序列Y<sub>i</sub>＝[y<sub>i</sub>
，y<sub>i</sub>[1]，…，y<sub>i</sub>[N-1]]i＝0，1…M-1；選取某個通道為參考通道，利用插值函數(shù)對其實際輸出序列插值，得到其余通道相對于參考通道無失配誤差的輸出序列；對其余通道無失配誤差的輸出序列和實際輸出序列分別采用正弦擬合法進行擬合；根據(jù)時間交替ADC系統(tǒng)的采樣模型y<sub>i</sub>[n]＝g<sub>i</sub>x(nMT<sub>s</sub>+iT<sub>s</sub>+Δt<sub>i</sub>)+os<sub>i</sub>，得到其余通道相對于參考通道的失配誤差。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，在時間交替ADC系統(tǒng)通道失配誤差的獲取方法中采用插值、正弦擬和，并考慮了增益、偏移及時鐘延遲誤差，保證了獲得的通道失配誤差的精度。
文檔編號H03M1/64GK101674087SQ200910167760
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者昊 張, 猛 王, 王志剛, 田書林 申請人:電子科技大學(xué)