一種基於數字預失真的採樣信號處理系統的製作方法
2023-05-13 22:55:51
專利名稱：一種基於數字預失真的採樣信號處理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採樣信號處理系統，具體說，是涉及一種基於數字預失真的採樣信號處理系統，屬於信號測試測量技術領域。
背景技術：
信號鏈補償技術是電子測量儀器領域一種技術處理方法，但由於該技術在示波器高頻信號領域的應用存在實時性問題，因而在國內外中、高端示波器產品中並沒有得到使用。為儘量減小交替採樣系統的不一致性，選擇一致性良好的ADC (模數轉換器)並設計好時鐘分配器，使其具有儘可能小的相位誤差及相位噪聲，是設計採樣系統所必須採用的方法，但是，由於器件的離散性較大，以上方法效果有限，因此需要一種新的採樣信號處理系統來進一步降低不一致性帶來的性能下降，解決現有技術中信號鏈補償技術對示波器實時性造成的影響。
發明內容
針對現有技術存在的上述問題和不足，本發明的目的是提供一種將基於數字預失真的信號鏈補償技術運用於數位訊號處理系統中的採樣信號處理系統，解決現有技術中信號鏈補償技術對示波器實時性造成的影響。為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下一種基於數字預失真的採樣信號處理系統，包括參考信號源、模擬前端、數模轉化器、時域均衡器、濾波器和信號鏈補償控制器，所述參考信號源、模擬前端、數模轉化器、時域均衡器、濾波器和信號鏈補償控制器電路連接構成一個閉環迴路。作為一種優選方案，所述參考信號源的輸出端與模擬前端的輸入端相連，模擬前端接收來自參考信號源的校準信號，校準信號經模擬前端後輸入數模轉化器中，數模轉化器將信號轉換成數位訊號後經時域均衡器輸入濾波器，濾波器與信號鏈補償控制器相連， 經信號鏈補償後的數位訊號送入信號鏈補償控制器，信號鏈補償控制器的輸出端與時域均衡器的輸入端相連，信號鏈補償控制器將計算後的補償信號輸入時域均衡器和濾波器，信號經濾波器輸出至儲存與成像單元。作為一種優選方案，所述數模轉化器為四個，分別為數模轉化器a、數模轉化器b、 數模轉化器c和數模轉化器d。作為一種優選方案，所述時域均衡器包括非線性補償單元和線性補償單元。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果本發明將基於數字預失真的信號鏈補償技術運用於數位訊號處理系統中，可顯著地減小信號誤差、提高輸入帶寬、彌補由高速信號採樣系統電路不一致性所帶來的性能下降問題，並由於高速信號處理技術的運用，解決了信號鏈補償技術對示波器的實時性造成影響的問題。
圖1是本發明的信號鏈補償框圖；圖2是時域測量系統示意圖；圖3是頻域測量系統示意圖。
具體實施方案下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步詳細的說明。本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了相互排斥的特質和/或步驟以外，均可以以任何方案組合，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換，即，除非特別敘述，每個特徵之一系列等效或類似特徵中的一個實施例而已。如圖1所示，本發明提供的一種基於數字預失真的採樣信號處理系統，包括參考信號源、模擬前端、數模轉化器、時域均衡器、濾波器和信號鏈補償控制器，所述參考信號源、模擬前端、數模轉化器、時域均衡器、濾波器和信號鏈補償控制器電路連接構成一個閉環迴路。參考信號源的輸出端與模擬前端的輸入端相連，模擬前端接收來自參考信號源的校準信號，校準信號經模擬前端後輸入數模轉化器中，數模轉化器將信號轉換成數位訊號後經時域均衡器輸入濾波器，濾波器與信號鏈補償控制器相連，經信號鏈補償後的數位訊號送入信號鏈補償控制器，信號鏈補償控制器的輸出端與時域均衡器的輸入端相連，信號鏈補償控制器將計算後的補償信號輸入時域均衡器和濾波器，信號經濾波器輸出至儲存與成像單元。所述數模轉化器為四個，分別為數模轉化器a、數模轉化器b、數模轉化器c和數模轉化器d ；所述時域均衡器包括非線性補償單元和線性補償單元。本發明的工作原理如下參考信號源、模擬前端、ADC(數模轉化器)、時域均衡器、濾波器以及信號鏈補償控制器構成了一個閉環迴路。參考信號源可以產生如直流、掃頻正弦波、高頻方波等多種校準信號，校準信號經過模擬前端後分別送入數模轉化器a、數模轉化器b、數模轉化器c和數模轉化器d四個ADC，轉換為4路數位訊號後送入時域均衡器和濾波器，經信號鏈補償後的參考信號送入信號鏈補償控制器，由後者進行計算，得出進一步的補償參數送入時域均衡器和濾波器，直到達到最佳信號質量。其中時域均衡器實現了信號的時域補償，包括非線性補償和線性補償，濾波器實現了頻域均衡和相位調整。經信號鏈補償後的系統能夠將包括模擬前端、ADC在內的整個信號鏈的確定性誤差，包括幅度不一致、非線性、相位誤差等，消除至最小，從而實現數字預失真補償信號鏈的功能，同時可以補償模擬前端的幅度和相位不平坦性，進一步的提高輸入帶寬。1、補償原理時域測量系統示意圖如圖2所示。通過施加理想脈衝信號作為激勵，可以得到系統的傳輸相應h(t)。再輸入未知信號，測量得到v。ut(t)，通過計算便可得到系統輸入信號Vin (t)。頻域測量系統示意圖如圖3所示得出下邊等式Vout(CO)=Vin(CO)H(GJ)(1)Η(ω) = νου (ω)/ν η(ω)(2)其中，Η(ω)為系統頻域相應。為了能夠回到時域表達波形，用反卷積積分式(3)來描述Vin⑴、Vout (t)和h(t)之間的關係。Vout{t) = ^Vm{T)h{t-T)dT(3)採用快速傅立葉變換進行計算，各參數的FFT表達式對應如下Vin(Q) = FFT [Vin ⑴](4)Vout (ω) =FFT[Vout (t)](5)Η(ω) = FFT[h(t)](6)2、用反卷積計算首先用式(2)、0)、(5)，求解出系統的傳輸函數h(t)H (ω) = FFT [Vout (t) ] /FFT [Vin (t) ](J)h(t) = invFFT[H(co)](8)式(8)中的inv表示傅立葉反變換。經過如下計算可得到輸入信號V' η(ω) = FFT [V'。ut (t) ]/FFT [h (t) ](9)V' in(t) = invFFT[V' η(ω)](10)這裡V' in(t)代表任意輸入，V'。ut(t)為V' in(t)通過h(t)對應的輸出， V' in( )是V' in(t)的頻譜。實現信號鏈補償的關鍵部件是均衡器、濾波器及補償控制器。均衡器和濾波器需要在採樣時保持全速率運算，因此使用FPGA(FPGA是現場可編程門陣列Field Programmable Gata Array的英文縮寫)實現；而補償控制器需要運行數字預失真所需的神經網絡算法，算法較複雜，因此使用x86構架的通用CPU (CPU是中央處理機 Central Processing Unit 的英文縮寫)實現。最後有必要在此指出的是，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不限於上述舉例，本領域的技術人員，在本發明的實質範圍內，所作出的變化、改型、添加或替換， 都將屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種基於數字預失真的採樣信號處理系統，其特徵在於包括參考信號源、模擬前端、數模轉化器、時域均衡器、濾波器和信號鏈補償控制器，所述參考信號源、模擬前端、數模轉化器、時域均衡器、濾波器和信號鏈補償控制器電路連接構成一個閉環迴路。
2.如權利要求1所述的基於數字預失真的採樣信號處理系統，其特徵在於所述參考信號源的輸出端與模擬前端的輸入端相連，模擬前端接收來自參考信號源的校準信號，校準信號經模擬前端後輸入數模轉化器中，數模轉化器將信號轉換成數位訊號後經時域均衡器輸入濾波器，濾波器與信號鏈補償控制器相連，經信號鏈補償後的數位訊號送入信號鏈補償控制器，信號鏈補償控制器的輸出端與時域均衡器的輸入端相連，信號鏈補償控制器將計算後的補償信號輸入時域均衡器和濾波器，信號經濾波器輸出至儲存與成像單元。
3.如權利要求2所述的基於數字預失真的採樣信號處理系統，其特徵在於所述數模轉化器為四個，分別為數模轉化器a、數模轉化器b、數模轉化器c和數模轉化器d。
4.如權利要求1所述的基於數字預失真的採樣信號處理系統，其特徵在於所述時域均衡器包括非線性補償單元和線性補償單元。
全文摘要
本發明公開了一種基於數字預失真的採樣信號處理系統，所述系統包括參考信號源、模擬前端、數模轉化器、時域均衡器、濾波器和信號鏈補償控制器，所述參考信號源、模擬前端、數模轉化器、時域均衡器、濾波器和信號鏈補償控制器電路連接構成一個閉環迴路。本發明將基於數字預失真的信號鏈補償技術運用於數位訊號處理系統中，可顯著地減小信號誤差、提高輸入帶寬、彌補由高速信號採樣系統電路不一致性所帶來的性能下降問題，並由於高速信號處理技術的運用，解決了信號鏈補償技術對示波器的實時性造成影響的問題。
文檔編號G01R1/30GK102565481SQ201110413908
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月12日 優先權日2011年12月12日
發明者呂華平, 趙凱 申請人:江蘇綠揚電子儀器集團有限公司