Tiadc系統通道誤差的聯合估計及實時校正方法

2023-10-25 12:12:12

專利名稱：Tiadc系統通道誤差的聯合估計及實時校正方法
技術領域：
本發明屬於高速高精度採樣技術領域，更為具體地講，涉及一種TIADC系統通道 誤差的聯合估計及實時校正方法。
背景技術：
隨著大規模集成電路、數位訊號處理技術和微型計算機等的發展，許多數位訊號 處理設備，如雷達系統、現代通信、遙感遙測等，對模數轉換系統(ADC)的速度和精度提出 了越來越高的要求。然而，受限於器件本身的製作工藝，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器件並行的時間交替採樣(TIADC，Time-interleaved ADC)成為有效提高系統採樣率的方法之一。如果並行時間交替ADC採樣系統均為理想情況，每片ADC的性能是完全一致的，採 樣時鐘嚴格按照所需相位延遲到達每個通道，那麼各個通道間不存在通道誤差，這樣的採 樣稱為並行時間交替均勻採樣。但在實際條件下，由於加工、器件老化等原因，各通道間往 往存在時間延遲失配，到達每個通道AD採樣晶片的時鐘延遲不一致，致使均勻採樣變成了 非均勻採樣。除了時鐘延遲失配誤差外，TIADC系統各個通道之間的增益及偏移失配誤差也為 系統的輸出引入誤差。增益、偏移及時鐘失配誤差對TIADC系統輸出的影響，表現在輸出頻 譜上則是產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系統的無雜散 動態範圍(SFDR，Spurious Free Dynamicrange)，使時間並行交替系統TIADC的解析度低 於單路ADC。如果可以估計出各個通道的失配誤差，就可以根據這些誤差對各個通道的輸出數 據進行校準或補償，從而減小失配誤差，降低輸出頻譜失真，提高系統的無雜散動態範圍 SFDR0因此精確估計這些誤差並實時校正是提升系統性能的關鍵。在通道誤差估計方面，目前大多使用構建數學模型進行誤差估計求解，比較常用 的估計算法是利用最小二乘參數估計、三點逼近以及迭代運算的四參數型正弦擬合時間誤 差估計方法，但這種方法對於估計輸入正弦信號的頻譜純淨度要求相當高，同時計算量大， 設計複雜。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行校正。針對時間誤差，通常採用的方法是使用可編程延遲線或鎖 相技術對時鐘進行精確的時延調整，將計算所得的估計值反饋給採樣通道校正單元進行補 償，這種方法通常需要在系統裡產生M個微小的時間量(ps級)，用以修正採樣時鐘。但是 這在實際的系統中是很難通過硬體設計實現的，同時也會導致系統補償電路過於複雜，對 系統性能有很大的影響。而另一種方法是對採樣數據進行數字處理來校正誤差，而並非對 時鐘時序進行校正，目前通過處理數據達到誤差校正的方法可分為離線和實時兩種。離線 方法是將採樣數據送入數位訊號處理器，通過軟體處理消除通道間的失配誤差。當系統通 道規模擴大後，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，它在硬體上進行，通過對數據序列進行處理，實時地得到校正後的數據。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種硬體開銷小、不需要補償電路 的TIADC系統通道的聯合誤差估計及實時校正方法。為實現上述目的，本發明TIADC系統通道誤差的聯合估計及實時校正方法，其特 徵在於，包括以下步驟(1)、通道誤差聯合估計al、向M個通道的TIADC系統輸入頻率為L的單音信號χ⑴=一~，其中c^ = 2 π f0 ；TIADC系統對單音信號χ⑴進行採樣，得到M個通道的採樣數據& (η)，其中k代表 通道號，k = 0，1，L M-I ；a2、M個通道的採樣數據拼接在一起還原為單音信號的採樣數據χ (η)後，再 對採樣數據X (η)進行N點FFT變換，其中N = 2"a, a為整數；a3、FFT變換結果中，在頻率為kfs/M士fQ，k = 0，IL M-I處取值，得到M個頻域值 FAk,然後對這M個頻域值FAk分別作M點IFFT變換，得出M個複數IAk，最後將M個複數IAk 通過做抽取相角和模的運算，得到M個通道的時間誤差Atk和增益誤差&，k = 0，l，L M-I ；a4、FFT變換結果中，在頻率為kfs/M，k = 0，IL M-I處取值，得到M個頻域值FBk， 然後對這M個頻域值FBk分別作M點IFFT變換，得出M個複數IBk，最後將M個複數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、除法器和分數延時濾波器，對各自通道採樣數據存在的偏置誤差、增 益誤差和時間誤差分別進行校正bl、偏置誤差校正在減法器中，各自通道採樣數據& (η)減去自通道偏置誤差ok，輸出校正後的採樣 數據；b2、增益誤差校正在除法器中，各自通道偏置誤差校正後輸出的採樣數據Xk(η)『除以增益誤差gk， 輸出校正後的採樣數據&(11)"；b3、時間誤差校正在分數延時濾波器中，對各自通道增益誤差校正後輸出的採樣數據&(η)「進行 濾波，輸出校正後的採樣數據&(11)"『，其中，分數延時濾波器為Ρ+1個I階子濾波器組成 的Farrow結構的濾波器，其傳遞函數為
權利要求
1.一種TIADC系統通道誤差的聯合估計及實時校正方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)、通道誤差聯合估計al、向M個通道的TIADC系統輸入頻率為&的單音信號x⑴=，其中c^ = 2 π fQ ； TIADC系統對單音信號χ (t)進行採樣，得到M個通道的採樣數據& (η)，其中k代表通道號， k = 0，1，L M-I ；a2、M個通道的採樣數據拼接在一起還原為單音信號的採樣數據χ (η)後，再對採 樣數據x(n)進行N點FFT變換，其中N = 2"a, a為整數；a3、FFT變換結果中，在頻率為kfs/M士fQ，k = 0，IL M-1處取值，得到M個頻域值FAk, 然後對這M個頻域值FAk分別作M點IFFT變換，得出M個複數IAk，最後將M個複數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，然後 對這M個頻域值FBk分別作M點IFFT變換，得出M個複數IBk，最後將M個複數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Atk分別送入各自通道校正裝置中 的減法器、除法器和分數延時濾波器，對各自通道採樣數據存在的偏置誤差、增益誤 差和時間誤差分別進行校正 bl、偏置誤差校正在減法器中，各自通道採樣數據& (η)減去各自通道偏置誤差ok，輸出校正後的採樣數 據 &(η)『；b2、增益誤差校正在除法器中，各自通道偏置誤差校正後輸出的採樣數據& (η) 』除以增益誤差&，輸出 校正後的採樣數據& (η)「； b3、時間誤差校正在分數延時濾波器中，對各自通道增益誤差校正後輸出的採樣數據「進行濾波， 輸出校正後的採樣數據&(11)"『，其中，分數延時濾波器為P+1個I階子濾波器組成的 Farrow結構的濾波器，其傳遞函數為
2.根據權利要求1所述的TIADC系統通道誤差的聯合估計及實時校正方法，其特徵在 於，所述的M個通道的採樣數據在送入減法器、除法器和分數延時濾波器，對存在的 偏置誤差、增益誤差和時間誤差分別進行校正前，先進行延遲，延遲時間等於聯合誤差的估 計時間，以確保採樣後的每個數據都能得到校正。
全文摘要
本發明公開了一種TIADC系統通道誤差聯合估計及實時校正方法，對輸入頻率為f0的單音信號進行採樣，得到系統各通道採樣序列xk(n)，k＝0，1，L M-1，對拼接還原為單音信號的採樣數據x(n)進行FFT變換，FFT變換結果中，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，然後進行IFFT變換，得出M個複數IAk、IBk，最後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的聯合估計。實時校正方面，利用減法器、除法器、分數延時濾波器構成的綜合校正機制，分別對通道採樣數據存在的偏置誤差、增益誤差和時間誤差進行校正。本發明將三種誤差進行聯合估計，並通過實時校正，提高了採樣序列的SFDR，即使通道誤差改變也無需更新濾波器係數或重新設計校正模塊，達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 優先權日2011年1月18日
發明者王俊麗, 王志剛, 王猛, 鄭冬 申請人:電子科技大學