频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法及电路技术

本发明专利技术公开了一种频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法及电路，所述方法包括如下步骤：1)将输入信号使用解析滤波器平分为两个子频带信号；2)对两个子频带信号分别进行采样、量化、内插处理；3)对两个子频带信号经过解析滤波器的失配进行模拟校准；4)对两个子频带信号经过数字重构滤波器进行进一步数字校准后输出。所述电路包括解析滤波器和数字滤波器；解析滤波器通过调节电容C、电感L的绝对值失配对子频带信号进行模拟校准；数字滤波器通过调节滤波器系数对子频带信号进行数字校准。本发明专利技术可以将ADC系统的线性度提高到50dB以上，有效地校准了滤波器失配。 1

Filter bank mismatch calibration method and circuit for frequency interleaved analog-to-digital converter

The invention discloses a filter group mismatch calibration method and circuit for frequency interleaved analog to digital converter. The method includes the following steps: 1) the input signal is divided into two subband signals using an analytical filter; 2) the two subband signals are sampled, quantified, interpolated, and 3) of the two subband signals. The mismatch of the analytical filter is simulated and calibrated; 4) the two sub band signals are reconstructed by digital reconstruction filter for further digital calibration. The circuit includes the analytic filter and the digital filter; the analytic filter is calibrated by adjusting the absolute value of the capacitance C and the inductance L to simulate the subband signal; the digital filter calibrates the subband signal by adjusting the coefficient of the filter. The invention can raise the linearity of the ADC system to more than 50dB, and effectively calibrate the mismatch of the filter. One

【技术实现步骤摘要】
频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法及电路
本专利技术涉及模数转换集成电路领域，具体地指一种频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法及电路。
技术介绍
目前，大数据传输的需求使得模数转换器(ADC)的设计向着更高的采样率发展。多通道架构被用来做高速模数转换。通过使用多通道架构，ADC系统的采样率可以被成倍地提高。可是，通道之间严格的匹配使得系统的性能达不到预期，并且因为校准消耗了较多的功耗和芯片面积。目前较为流行的时间交织ADC结构，此种结构对于失配校准，增益校准，带宽校准以及时钟偏移都较为敏感。虽然很多校准技术得到了应用，但是校准的效果仍不是很理想，尤其对于高频段的校准。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出了一种频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法及电路，满足信号重构精度，可以将ADC系统的线性度提高到50dB以上，有效地校准了滤波器失配。为实现上述目的，本专利技术所设计的频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：1)将输入信号使用解析滤波器平分为两个子频带信号；2)对两个子频带信号分别进行采样、量化、内插处理；3)对两个子频带信号经过解析滤波器的失配进行模拟校准；4)对两个子频带信号经过数字重构滤波器进行进一步数字校准后输出。优选地，所述步骤2)中两个子频带信号经过解析滤波器进行模拟校准后的输出信号为：式中，A1(s)A1’(s)、A2(s)A2’(s)分别为低通与带通模拟滤波器的传输函数，ωc为A1(s)A1’(s)的-3dB带宽，L、R、C分别为电感，电阻、电容；aR、aL、aC分别为电阻、电感、电容的失配系数，k为失配参数，s为模拟频率变量。优选地，所述步骤2)中模拟校准的过程为以模拟步长δana迭代调节失配参数k，直至满足优选地，所述步骤4)中数字校准的过程为：41)测量两个子频带信号特定频率点0、π/2、π的幅度；42)将幅度值G(0)作为校准参考点，通过比较G(π/2)、G(π)的幅度值得到失配参数k的极性：43)以步长δdig迭代调节失配参数k，重复步骤41)、42)，直至误差符合预设范围。优选地，所述步骤4)的输出信号为式中，T为系统的采样周期,p表示输入信号的频移指数，TRp(ejω)为系统的传输函数，即式中，m表示子通道数，Am(jω/T)是第m通道的解析滤波器的传输函数，Dm(ejω)是m通道的数字重构滤波器的传输函数。优选地，所述数字步长δdig为0.001，迭代次数为60次。一种实现上述频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法的电路，其特征在于：包括解析滤波器和数字滤波器；所述解析滤波器通过调节电容C、电感L的绝对值失配对子频带信号进行模拟校准；所述数字滤波器通过调节滤波器系数对子频带信号进行数字校准。进一步地，所述解析滤波器包括两个通道模拟滤波器，两个通道模拟滤波器的电容的比例为C1：C2＝2:1。更进一步地，所述数字滤波器的抽头长度为25。本专利技术通过频分ADC使用同一时钟信号对子通道进行采样，避免了时钟偏移误差，位于子通道ADC之前的解析滤波器组将输入信号分成若干子频带信号，然后采用一种基于全带宽优化的重构滤波器，避免采用复杂的模拟滤波器，经过优化得出的滤波器系数对于模拟解析滤波器组的失配非常敏感。通常情况下，频分模数转换器中的模拟滤波器的失配会严重影响ADC系统的线性度。通过对滤波器组中的失配参数进行模型分析，可以对滤波器的失配进行校准。滤波器的校准可以分为2个步骤：模拟校准与数字校准。模拟校准通过调节电阻以及电容；数字校准是通过改变滤波器系数来实现。对于高速8比特分辨率时钟交织ADC的设计，时钟偏移的校准以及多相位时钟的分布非常困难。频率交织ADC可以避免这些校准以及时钟分布问题。不同的是，位于采样开关之前的解析滤波器组可能会引入失配而降低性能。可是，对于分辨率为6～8比特的ADC来说，模拟解析滤波器组的失配不会对系统引起较大影响。另外，加入失配的校准技术，滤波器组的失配可以很好地补偿。为了验证所提出的校准技术，本专利技术设计了一款5GS/s采样率，8比特二通道频分ADC，后端数字滤波器的抽头长度为25，以满足信号重构精度。实验结果显示，本专利技术可以将ADC系统的线性度提高到50dB以上，有效地校准了滤波器失配。附图说明图1是二通道频率交织ADC的结构以及校准框图。图2是二通道频率交织ADC的架构图。图3是模拟滤波器的频带划分示意图。图4是二通道频率交织ADC的失配模型图。图5是模拟无源解析滤波器组的电路图。图6是滤波器组失配产生信号幅度变化示意图。图7是校准过程收敛图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术提出的一种频率交织模数转换器的滤波器组失配校准电路，如图1所示，包括解析滤波器和数字滤波器。解析滤波器通过调节电容C、电感L的绝对值失配对子频带信号进行模拟校准。数字滤波器通过调节滤波器系数对子频带信号进行数字校准。对于实际的设计过程中，无源滤波器组所产生的参数失配需要被校准。本专利技术提出了对滤波器组的校准技术。滤波器组的校准可以分为两个步骤：模拟校准与数字校准。模拟校准通过调节电阻以及电容；数字调节是通过更新数字域中的滤波器系数来实现。另外，在数字端有一个滤波器失配检测器，它通过检测校准信号的幅度强弱，该信号由给定的校准信号产生。本专利技术设计了一阶模拟滤波器组(如图5所示)，其将奈奎斯特带宽等分为子带宽(如图3所示)。规律的系数使得所采用电阻，电容成比例，易于集成电路实现。此外本专利技术还提供了数字后端综合滤波器的设计实现，其用来对子带宽的信号在数字端进行重构。本专利技术提出的一种频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法，包括如下步骤：1)将输入信号使用解析滤波器平分为两个子频带信号。2)对两个子频带信号分别进行采样、量化、内插处理。3)对两个子频带信号经过解析滤波器的失配进行模拟校准。模拟校准的过程为以模拟步长δana迭代调节失配参数k，直至满足4)对两个子频带信号经过数字重构滤波器进行进一步数字校准后输出。具体包括：41)测量两个子频带信号特定频率点0、π/2、π的幅度；42)将幅度值G(0)作为校准参考点，通过比较G(π/2)、G(π)的幅度值得到失配参数k的极性：43)以步长δdig迭代调节失配参数k，重复步骤41)、42)，直至误差ep(ω)符合预设范围。本专利技术的实现过程为：在频分ADC中，输入信号I(jω)被分为两个相等子频带如图2所示。当输入信号经过采样，量化以及内插，最后经过数字重构滤波器，其输出信号G(ejω)为其中，T为系统的采样周期,p表示输入信号的频移指数。TRp(ejω)为系统的传输函数，即其中，m(m＝0,1)表示子通道数，Am(jω/T)是第m(m＝0,1)通道的解析滤波器的传输函数，Dm(ejω)是m(m＝0,1)通道的数字重构滤波器。如果一个系统满足下列条件，那么该系统可以被称作理想重构系统其中c是一个非零常数以及d表示系统延时。在时钟交织ADC中的失配已经被广泛地讨论,例如带宽失配、增益失配、失调失配以及时钟偏移误差。在频率交织ADC中，除了滤波器组失配，其他失配也均存在。频率交织滤波器组的失配模型如图4所示，其中，第二个通道用来示例。在图4中，A1’(s)表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法，其特征在于：包括如下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将输入信号使用解析滤波器平分为两个子频带信号；2)对两个子频带信号分别进行采样、量化、内插处理；3)对两个子频带信号经过解析滤波器的失配进行模拟校准；4)对两个子频带信号经过数字重构滤波器进行进一步数字校准后输出。2.根据权利要求1所述的频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法，其特征在于：所述步骤2)中两个子频带信号经过解析滤波器进行模拟校准后的输出信号为：其中，A1(s)A1’(s)、A2(s)A2’(s)分别为低通与带通模拟滤波器的传输函数，ωc为A1(s)A1’(s)的-3dB带宽，L、R、C分别为电感，电阻、电容；aR、aL、aC分别为电阻、电感、电容的失配系数，k为失配参数，s为模拟频率变量。3.根据权利要求2所述的频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法，其特征在于：所述步骤2)中模拟校准的过程为以模拟步长δana迭代调节失配参数k，直至满足4.根据权利要求2所述的频率交织模数转换器的滤波器组失配校准方法，其特征在于：所述步骤4)中数字校准的过程为：41)测量两个子频带信号特定频率点0、π/2、π的幅度；42)将幅度值G(0)作为校准参考点，通过比较G(π/2)、G(π)的幅度值...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱雷，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42