一种带参考通道的TIADC的数字后台实时补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种参考通道的TIADC的数字后台实时补偿方法，其特征是按如下步骤进行：1构建带参考通道的TIADC的校准系统；2利用时钟控制器分别对外部模拟输入信号进行同一时刻的采样；3后台校准模块进行误差补偿；4对参考通道ADC与所述TIADC进行连续采样并转换；5后台校准模块进行求差计算；6利用LMS算法进行更新直至获得稳定的误差估计值，最终输出合成值。本发明专利技术能在纯数字域实现对TIADC通道间失配误差的实时补偿，对输入信号频率没有限制，且能适用于任意通道数的TIADC通道失配误差校准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高速、高精度模数转换
，具体地说是一种对TIADC中通道间失配误差的校准结构和方法。
技术介绍
模数转换器(Analog-to-Digital Converters,ADC)在高速图像视频处理，无线通信，数字示波器等领域有着广泛的应用。随着这些设备的工作速度越来越高，对于应用于其中的ADC的转换速率要求也越来越高。而如今，各种结构的单通道ADC，速度和精度两方面不断逼近已有实现条件下的性能极限。为了提高ADC系统的转换速率，一种方法是采用多个ADC时间交织的方式工作，由此发展出的多通道时间交织ADC(Timing-Interleaved ADC，TIADC)得到了广泛的应用。然而，由于通道之间的失调失配、增益失配以及采样时刻的失配，严重限制了TIADC系统的动态性能。针对TIADC的失配误差，国内外已提出了许多方案来进行各种误差的分析和补偿方法，国内如邹月娴和张尚良专利技术的基于拉格朗日插值方法的TIADC时间失配实时补偿算法(邹月娴，张尚良.一种基于拉格朗日插值方法的时间交替模拟数字转换(TIADC)系统时间失配实时补偿算法.中国专利：200910109487.6，2009-08-21)，刘素娟，王俊山等人专利技术的一种新的针对TIADC系统时间误差的估计方法(刘素娟，王俊山等.一种新的针对TIADC系统时间误差的估计方法.中国专利：201310193800.5，20132.05.22)，但是这些算法校正所需的硬件和性能的代价太大，且校准的精度有限。S.Jamal和D.Fu等人提出基于随机斩波对失调失配进行校准，基于相关运算(correlation-based algorithms)对增益失配和采样时间失配进行校准(Jamal Shafiq M,Fu Daihong,Hurst Paul J,Lewis Stephen H.A 10-b 120-Msample/s time-interleaved analog-to-digital converter with digital background calibration[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,v 37,n 12,p 1618-1627,December 2002)，然而这种方案只适用于两通道的TIADC，无法向更多通道甚至任意通道扩展。Huawen Jin和Edward Lee等人提出增加一个冗余通道以使通道随机化的方法，通过将各种失配误差杂散失真打散，改善了系统的无杂散动态范围(Huawen Jin；Lee,E；Hassoun,M.\Time-interleaved A/D converter with channel randomization\Proceedings of 1997 IEEE International Symposium on Circuits and Systems(ISCAS)1997.)，但该方法并不能改善TIADC系统的信噪比。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术存在的不足之处，提供一种带参考通道的TIADC的数字后台实时补偿方法，能在纯数字域实现对TIADC通道间失配误差的实时补偿，对输入信号频率没有限制，且能适用于任意通道数的TIADC通道失配误差校准。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术一种带参考通道的TIADC的数字后台实时补偿方法的特点是按如下步骤进行：步骤1、构建带参考通道的TIADC的校准系统；所述校准系统的组成包括：时钟控制器、带参考通道的TIADC、后台校准模块和数据选择器单元；所述带参考通道的TIADC是由N个子通道ADC并联构成的TIADC以及一个参考通道ADC组成；后台校准模块是由失配误差补偿单元、求差单元和趋零型自适应校准单元组成；步骤2、所述参考通道ADC和TIADC中的任一子通道ADC利用所述时钟控制器分别对外部模拟输入信号x进行同一时刻的采样，并分别利用式(1)和式(2)进行转换获得参考通道数字信号yr和任一子通道数字信号yj后输出至所述后台校准模块；yr=x+xosr+xgr+x′Δtr---(1)]]>yj=x+xosj+xgj+x′Δtj---(2)]]>式(1)和式(2)中，和分别为所述参考通道ADC的失调误差值和所述任一子通道ADC的实际失调误差值；j∈[1,2,…N]；gr和gj分别为所述参考通道ADC的增益误差值和所述任一子通道ADC的实际增益误差值；Δtr和Δtj分别为所述参考通道ADC的采样时间误差值和所述任一子通道ADC的实际采样时间误差值；x'为所述外部模拟输入信号x在数字域的一阶导数；步骤3、所述后台校准模块的失配误差补偿单元接收所述参考通道数字信号yr，任一子通道数字信号yj，进行误差补偿，则经过补偿后的参考通道ADC的输出和经过补偿后的所述任一子通道ADC的输出分别为：y^r=(x+xosr+xgr+x′Δtr)-x^osr-xg^r-x′Δt^r≈x+ϵosr+xϵg,r+x′ϵt,r---(3)]]>y^j=(x+xosj+xgj+x′Δtj)-x^osj-xg^j-x′Δt^j≈x+ϵosj+xϵg,j+x′ϵt,j---(4)]]>式(3)中，为参考通道ADC的失调误差估计值，为参考通道ADC失调误差的补偿差，并有：参考通道ADC的增益误差估计值，为参考通道ADC的增益误差的补偿差，并有：为参考通道ADC的采样时间误差估计值，εt,r为参考通道ADC的采样时间误差的补偿差，并有式(4)中，为所述任一子通道ADC的失调误差估计值，为所述任一子通道ADC失调误差的补偿差，并有：为所述任一子通道ADC的增益误差估计值，εg,j为任一子通道ADC的增益误差的补偿差，并有：为所述任一子通道ADC的采样时间误差估计值，εt,j为所述任一子通道ADC的采样时间误差的补偿差，并有ϵt,j=Δtj-Δt^j;]]>步骤4、以采样周期为时间间隔，对所述参考通道ADC与所述TIADC进行连续次采样并转换，分别获得补偿后的参考通道数字信号集合和获得补偿后的TIADC数字信号集合输出至所述求差单元；fs为所述TIADC的采样频率，fref为所述参考通道ADC的采样频率；k≥3；步骤5、所述后台校准模块的求差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带参考通道的TIADC的数字后台实时补偿方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、构建带参考通道的TIADC的校准系统；所述校准系统的组成包括：时钟控制器、带参考通道的TIADC、后台校准模块和数据选择器单元；所述带参考通道的TIADC是由N个子通道ADC并联构成的TIADC以及一个参考通道ADC组成；后台校准模块是由失配误差补偿单元、求差单元和趋零型自适应校准单元组成；步骤2、所述参考通道ADC和TIADC中的任一子通道ADC利用所述时钟控制器分别对外部模拟输入信号x进行同一时刻的采样，并分别利用式(1)和式(2)进行转换获得参考通道数字信号yr和任一子通道数字信号yj后输出至所述后台校准模块；yr=x+xosr+xgr+x′Δtr---(1)]]>yr=x+xosr+xgj+x′Δtj---(2)]]>式(1)和式(2)中，和分别为所述参考通道ADC的失调误差值和所述任一子通道ADC的实际失调误差值；j∈[1,2,…N]；gr和gj分别为所述参考通道ADC的增益误差值和所述任一子通道ADC的实际增益误差值；Δtr和Δtj分别为所述参考通道ADC的采样时间误差值和所述任一子通道ADC的实际采样时间误差值；x'为所述外部模拟输入信号x在数字域的一阶导数；步骤3、所述后台校准模块的失配误差补偿单元接收所述参考通道数字信号yr，任一子通道数字信号yj，进行误差补偿，则经过补偿后的参考通道ADC的输出和经过补偿后的所述任一子通道ADC的输出分别为：y^r=(x+xosr+xgr+x′Δtr)-x^osr-xg^r-x′Δt^r≈x+ϵosr+xϵg,r+x′ϵt,r---(3)]]>y^j=(x+xosj+xgj+x′Δtj)-x^osj-xg^j-x′Δt^j≈x+ϵosj+xϵg,j+x′ϵt,j---(4)]]>式(3)中，为参考通道ADC的失调误差估计值，为参考通道ADC失调误差的补偿差，并有：参考通道ADC的增益误差估计值，为参考通道ADC的增益误差的补偿差，并有：为参考通道ADC的采样时间误差估计值，εt,r为参考通道ADC的采样时间误差的补偿差，并有式(4)中，为所述任一子通道ADC的失调误差估计值，为所述任一子通道ADC失调误差的补偿差，并有：为所述任一子通道ADC的增益误差估计值，εg,j为任一子通道ADC的增益误差的补偿差，并有：为所述任一子通道ADC的采样时间误差估计值，εt,j为所述任一子通道ADC的采样时间误差的补偿差，并有ϵt,j=Δtj-Δt^j;]]>步骤4、以采样周期为时间间隔，对所述参考通道ADC与所述TIADC进行连续次采样并转换，分别获得补偿后的参考通道数字信号集合和获得补偿后的TIADC数字信号集合输出至所述求差单元；fs为所述TIADC的采样频率，fref为所述参考通道ADC的采样频率；k≥3；步骤5、所述后台校准模块的求差单元接收参考通道数字信号集合和TIADC数字信号集合并利用式(5)进行求差计算，获得差值集合Δyj,r=y^j-y^r=ϵosj-ϵosr+x(ϵg,j-ϵg,r)+x′(ϵt,j-ϵt,r)---(5)]]>步骤6、将所述差值集合代入式(6)所示的矩阵方程：Δ＝C×E(6)式(6)中，Δ＝[Δy1,r1 Δy2,r2 … ΔyN,ri Δy1,ri+1 … ΔyN,rj … ΔyN,rM]1×MT；C=-10...0010-10...01...0...0......0...0-10100...0-11M×(3N+3);]]>E＝[E1 E2 E3]T，并有：E1=ϵos1···ϵosNϵosr1×(N+1)---(7)]]>E2=ϵg,1···ϵg,Nϵg,r1×(N+1)---(8)]]>E3=ϵt,1···ϵt,Nϵt,r1×(N+1)---(9)]]>步骤7、利用所述趋零型自适应校准单元的LMS算法对所述矩阵方程求解，获得更新的参考通道ADC的失调误差估计...

【技术特征摘要】
1.一种带参考通道的TIADC的数字后台实时补偿方法，其特征是按如下步骤进行：
步骤1、构建带参考通道的TIADC的校准系统；
所述校准系统的组成包括：时钟控制器、带参考通道的TIADC、后台校准模块和数据选
择器单元；
所述带参考通道的TIADC是由N个子通道ADC并联构成的TIADC以及一个参考通道
ADC组成；
后台校准模块是由失配误差补偿单元、求差单元和趋零型自适应校准单元组成；
步骤2、所述参考通道ADC和TIADC中的任一子通道ADC利用所述时钟控制器分别对
外部模拟输入信号x进行同一时刻的采样，并分别利用式(1)和式(2)进行转换获得参考通道数
字信号yr和任一子通道数字信号yj后输出至所述后台校准模块；
yr=x+xosr+xgr+x′Δtr---(1)]]>yr=x+xosr+xgj+x′Δtj---(2)]]>式(1)和式(2)中，和分别为所述参考通道ADC的失调误差值和所述任一子通道
ADC的实际失调误差值；j∈[1,2,…N]；gr和gj分别为所述参考通道ADC的增益误差值和
所述任一子通道ADC的实际增益误差值；Δtr和Δtj分别为所述参考通道ADC的采样时间误
差值和所述任一子通道ADC的实际采样时间误差值；x'为所述外部模拟输入信号x在数字域
的一阶导数；
步骤3、所述后台校准模块的失配误差补偿单元接收所述参考通道数字信号yr，任一子
通道数字信号yj，进行误差补偿，则经过补偿后的参考通道ADC的输出和经过补偿后的所
述任一子通道ADC的输出分别为：
y^r=(x+xosr+xgr+x′Δtr)-x^osr-xg^r-x′Δt^r≈x+ϵosr+xϵg,r+x′ϵt,r---(3)]]>y^j=(x+xosj+xgj+x′Δtj)-x^osj-xg^j-x′Δt^j≈x+ϵosj+xϵg,j+x′ϵt,j---(4)]]>式(3)中，为参考通道ADC的失调误差估计值，为参考通道ADC失调误差的补
偿差，并有：参考通道ADC的增益误差估计值，为参考通道ADC的
增益误差的补偿差，并有：为参考通道ADC的采样时间误差估计值，εt,r为
参考通道ADC的采样时间误差的补偿差，并有式(4)中，为所述任一子通道ADC的失调误差估计值，为所述任一子通道ADC

\t失调误差的补偿差，并有：为所述任一子通道ADC的增益误差估计值，
εg,j为任一子通道ADC的增益误差的补偿差，并有：为所述任一子通道ADC
的采样时间误差估计值，εt,j为所述任一子通道ADC的采样时间误差的补偿差，并有
ϵt,j=Δtj-Δt^j;]]>步骤4、以采样周期为时间间隔，对所述参考通道ADC与所述TIADC进行连续
次采样并转换，分别获得补偿后的参考通道数字信号集合和
获得补偿后的TIADC数字信号集合输出至所述求差单元；fs为所述TIADC的采
样频率，fref为所述参考通道ADC的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红梅，邓红辉，尹勇生，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34