在雙信道時間交錯模擬至數字轉換器中的取樣時間和增益不匹配誤差估計的無乘法器算法的製作方法
2023-06-11 20:54:11
專利名稱：在雙信道時間交錯模擬至數字轉換器中的取樣時間和增益不匹配誤差估計的無乘法器算法的製作方法
技術領域：
本發明關於模擬至數字轉換器(Analog-to-Digital Converter、ADC),特別是關於用於在雙通道時間交錯模擬至數字轉換器(TIADC)中的取樣時間及增益不匹配誤差估計的無乘法器算法。
背景技術：
近年來，在需要極高採樣率(亦即，無法由單一當今ADC達成的採樣率)的應用中，時間交錯模擬至數字轉換器(TIADC)已得到相當多關注。在使用M個ADC的TIADC中，每一 ADC以Fs/M操作，其中Fs為TIADC的採樣率。使用換向器以Fs組合來自每一 TIADC的輸出以產生一以Fs操作的採樣率轉換器。理想地，較慢ADC應具有相同的偏移、增益及均勻的取樣時刻。然而，實務上，歸因於組件不匹配，難以達成此要求。較慢ADC的偏移值的差以kFs/M(其中k = 0，1，2，...)產生載頻調，而不管輸入信號如何。ADC的增益值的差以± ^+1^^/^(其中1^ = 0，1，2，...)產生寄生(或不當)信號，其中Fin為輸入信號的任何頻率。類似地，歸因於增益不匹配，每一 ADC相對於TIADC取樣頻率的取樣時刻的不均勻性在與雜波完全相同的位置處產生寄生信號。然而，由取樣時間不匹配引起的雜波正交於由增益不匹配引起的雜波。因此，由偏移、增益及取樣時間不匹配引起的所得寄生信號使TIADC系統的效能明顯降級，因此使得此等誤差的估計及校正系改良效能所必需的。
發明內容
在不使用乘法器的情況下估計雙通道TIADC中的取樣時間及/或增益不匹配誤差。更具體而言，在一實施例中，首先藉由至少兩個TIADC核心來處理一輸入信號。此將(例如)兩個ADC輸出的一集合提供為第一數位訊號及第二數位訊號。所述TIADC核心中的至少一個具備一用於接收一誤差校正反饋信號的校正輸入；該校正反饋信號將(例如)校正取樣時間誤差及/或增益誤差中的至少一個。接著將該校正信號提供至具有此校正輸入的所述當前TIADC核心的校正輸入。交錯該第一數位訊號及該第二數位訊號以提供該輸入信號的一數字表示。特定針對本文中的教示，自根據該第一數位訊號及該第二數位訊號所判定的正負號值估計各別誤差。在待估計的誤差為取樣時間誤差的情形下，可進一步藉由針對各別第一數位訊號及第二數位訊號的正負號值的互斥或邏輯(XOR)運算來判定誤差。對於本文中的較佳實施例而言，在該第一數位訊號及該第二數位訊號的預定數目個樣本上累加誤差。在一特定實施中，使用針對該第一數位訊號及該第二數位訊號中的每一個的正負號運算、絕對值運算及XOR運算來估計取樣時間誤差，且可視情況取決於各別XOR運算的輸出而進一步將取樣時間誤差判定為經數字轉換的輸入信號抑或該經數字轉換的輸入信號的負值。在其他實施例中，可進一步使用該兩個數位訊號的絕對值來估計取樣時間誤差。
在此實施中，亦有可能藉由延遲該第二數位訊號及判定該經延遲的第二數位訊號與該第一數位訊號之間的差來判定取樣時間誤差。接著在該第一數位訊號的絕對值與該經延遲的第二數位訊號的絕對值之間進行比較以判定該誤差。在所估計誤差為增益誤差的情形下，可藉由該第一數位訊號及該第二數位訊號的絕對值之間的差提供該估計。一旦估計了誤差，便可接著應用校正此等不匹配誤差的已知算法，所述算法(諸如)揭示於2009年4月7日申請的題為「雙通道時間交錯模擬至數字轉換器中的誤差估計及校正(Error Estimation and Correction in a Two-Channel Time Interleaved Analogto Digital Converter) 」的美國專利第7，839，323號中，該案的全部內容特此以引用的方式併入。然而，亦可使用其他校正算法。
自隨附圖式中所說明的本發明的實例實施例的以下更特定描述，前述內容將顯而易見，在隨附圖式中，相同參考字符貫穿不同視圖指代相同部分。圖式未必按比例繪製，而是著重說明本發明的實施例。圖I說明在取樣時間不匹配誤差情況下的信號的頻譜。圖2為使用方程式12的取樣時間誤差估計區塊的示意圖。圖3為使用方程式18的取樣時間誤差估計區塊的示意圖。圖4說明在增益不匹配誤差情況下的信號的頻譜。圖5為使用方程式26的增益誤差估計區塊的示意圖。圖6說明TIADC在數字收發器中的使用。
具體實施例方式為使本發明的實施例要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。以下為實例實施例的描述。雖然本發明僅由在本文件結尾處呈現的申請專利範圍來界定，且因此本發明可能有不同形式的實施例，但在圖式中展示且將在本文中詳細描述一或多個特定實施例，條件是，本發明應被視為本發明的原理的僅一個例證。亦應理解，不欲將本發明限於在本文中特定說明且描述的內容。因此，可在本文件中出現的對本」發明」的任何參考應僅被解釋為對所主張的發明的僅一個態樣的一特定實例實施例的參考。取樣時間不匹配誤差估計在此部分中，考慮在兩個ADC之間具有取樣時間不匹配的雙信道TIADC系統。另夕卜，假設輸入信號為X(t) = COS (OV1十妁，其中Wi為任意輸入頻率且P為任意相位。藉由以下方程序給出雙信道TIADC系統的輸出
,、(cos (WiHT+ #)II = 數
謂 Icos (mt(nT + At) + #) m=奇數其中，T = 1/FS，且Fs為雙信道TIADC系統的取樣頻率。組合以上方程序中的偶數 與及奇數時刻，得到
,、 (AtAf] \y(n) = cos 叫 nr + — - (-l)n—- +
Vl 22 J / ⑵假設對應於偶數時刻的輸出為來自ADCl的輸出，而對應於奇數時刻的輸出為來自ADC2的輸出。換言之，ADCl在時刻2nT處對輸入信號取樣，而ADC2在時刻(2n+l)T+At處對輸入信號取樣。因此，At為取樣時間誤差。必須提及的是，在對輸出中的一個中的總相位分組方面不會損失一般性。可將以上方程序展開為y(n) = COS 卜T1 -f —] + COS ((—l)n<Sc^+Sin(O)i nT + — + sin ^(―l)n￡c)￡ ⑶可見，COS(X-I)nWiAt/2) = CosOi At/2)。因為 sin 為奇函數(其中(_1)n = cos (n )，所以得至1J sin ((_l)nco j A t/2) = cos (n n ) sin (co 4 A t/2) 使用 sin ( a )cos(n ) sin( a-n )及n = snT/2,可將以上方程序寫成y(jl) = COSCOS ^COiTlT + COi^ ++sin-I- ci)j —----TiT1 + (f)J= COS (叫了) COS+ 0)(-+0^+ sin (叫了) sin ((叫—nT + co￡ — +假設與T相比較而言，At極小，則C0S(叫專且如叫專。因此，y(n) cos (cJinT + o)i~ + (pj+ (toJ sin ((wi _ ~y) nT +
權利要求
1.一種方法，其包含 藉由兩個時間交錯模擬至數字轉換器TIADC核心來轉換一輸入信號，以將兩個ADC輸出的一集合提供為第一數位訊號及第二數位訊號，所述TIADC核心中的至少一個具有一校正輸入； 交錯該第一數位訊號及該第二數位訊號以形成該輸入信號的一經數字轉換的表示； 使用自該第一數位訊號及該第二數位訊號判定的正負號值來估計一誤差； 自該誤差判定一校正信號；及 將該校正信號施加至所述TIADC核心中的至少一個的該校正輸入。
2.如申請專利範圍第I項的方法，其中該誤差為一取樣時間誤差。
3.如申請專利範圍第2項的方法，其中進一步自該第一數位訊號及該第二數位訊號的所述正負號值的一互斥或來判定該取樣時間誤差。
4.如申請專利範圍第3項的方法，其中進一步自該第一數位訊號及該第二數位訊號的一最小值的一正負號來判定該取樣時間誤差。
5.如申請專利範圍第I項的方法，其中在該第一數位訊號及該第二數位訊號的預定數目N個樣本上累加該誤差。
6.如申請專利範圍第3項的方法，其中藉由針對該第一數位訊號及該第二數位訊號中的每一個執行一正負號運算、絕對值運算及XOR運算來判定該取樣時間誤差。
7.如申請專利範圍第6項的方法，其中取決於一各別XOR運算的輸出而進一步自該經數字轉換的輸入信號或該經數字轉換的輸入信號的負值來判定該取樣時間誤差。
8.如申請專利範圍第3項的方法，其中將來自一對正負號選擇區塊的信號彼此相減以判定該取樣時間誤差。
9.如申請專利範圍第2項的方法，其中自該兩個數位訊號的絕對值之間的一差估計該取樣時間誤差。
10.如申請專利範圍第2項的方法，其中進一步藉由以下操作來判定該取樣時間誤差 延遲該第二數位訊號以提供一經延遲的第二數位訊號； 判定該經延遲的第二數位訊號與該第一數位訊號之間的一差；及 比較該第一數位訊號的該正負號與該經延遲的第二數位訊號的一正負號以判定該誤差。
11.如申請專利範圍第I項的方法，其中該誤差為一增益誤差。
12.如申請專利範圍第11項的方法，其中自該第一數位訊號及該第二數位訊號的一絕對值之間的一差估計該增益誤差。
13.一種裝置，其包含 兩個時間交錯模擬至數字轉換器TIADC核心，所述TIADC核心將兩個ADC輸出的一集合提供為第一數位訊號及第二數位訊號，所述TIADC核心中的至少一個具有一校正輸入；一信號交錯器，其用於組合該第一數位訊號及該第二數位訊號以形成該輸入信號的一經數字轉換的表示； 至少兩個正負號區塊，其用以判定該第一數位訊號及該第二數位訊號的各別正負號值； 一數位訊號處理運算符，其用於自該第一各別正負號值及該第二各別正負號值估計一誤差以提供一校正信號；及 其中該校正信號進一步連接至所述TIADC核心中的至少一個的該校正輸入。
14.如申請專利範圍第13項的裝置，其中該誤差為一取樣時間誤差。
15.如申請專利範圍第14項的裝置，其進一步包含 一互斥或區塊，其經連接以接收該第一數位訊號及該第二數位訊號的所述正負號值，且藉此進一步提供該校正信號。
16.如申請專利範圍第15項的裝置，其進一步包含一累加器，該累加器用於在該第一數位訊號及該第二數位訊號的預定數目N個樣本上累加該校正信號的樣本。
17.如申請專利範圍第13項的裝置，其中該數位訊號處理運算符在該第一數位訊號及該第二數位訊號中的每一個之上包含 一正負號運算； 一絕對值運算；及 一 XOR運算。
18.如申請專利範圍第17項的裝置，其中該數位訊號處理運算符進一步包含 一選擇器，其用於取決於所述XOR運算中的至少一個的輸出而選擇該經數字轉換的輸入信號抑或該經數字轉換的輸入信號的負值。
19.如申請專利範圍第13項的裝置，其中該誤差為一增益誤差，且另外其中 該數位訊號處理運算判定該第一數位訊號及該第二數位訊號的絕對值之間的一差。
20.如申請專利範圍第19項的裝置，其進一步包含 一累加器，其用於累加該第一數位訊號及該第二數位訊號的預定數目N個樣本。
21.如申請專利範圍第13項的裝置，其中所述TIADC核心經連接以接收一射頻信號且形成一數字收發器的部分。
22.一種配合一多通道時間交錯模擬至數字轉換器而使用的可程序化計算機產品，其中第一數位訊號及第二數位訊號經交錯以形成一輸入信號的一經數字轉換的表示，該產品包含一或多個可程序化數據處理機器，該一或多個可程序化數據處理機器自一儲存媒體擷取指令且執行所述指令，所述指令用於 使用自該第一數位訊號及該第二數位訊號判定的正負號值來估計一誤差； 自該誤差判定一校正信號；及 將該校正信號施加至TIADC核心中的至少一個的校正輸入。
全文摘要
揭示無任何乘法運算的用於估計雙通道時間交錯模擬至數字轉換器中的取樣時間及增益不匹配誤差的技術。在取樣時間不匹配誤差評估中，使用來自兩個ADC的正負號及絕對值來提供取樣時間不匹配誤差的估計。在增益誤差估計算法中，將來自該兩個ADC的輸出的絕對值相減且累加。在一較佳實施例中，可接著使用合適的自適應性取樣時間及增益校正技術來校正誤差。
文檔編號H03M1/10GK102761335SQ20121012058
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月23日 優先權日2011年4月29日
發明者布朗諾·哈裡斯, 桑德·S·奇達比 申請人:英特希爾美國公司