用于时间交织模数转换系统的误差估计方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于时间交织模数转换系统的误差估计方法和装置，通过在多通道TIADC系统中输入测试信号获得误差信号，然后对误差信号进行傅里叶变换得到其频谱幅值数据，在时间误差存在的情况下对各个子通道的增益误差与偏置误差进行估计，然后对增益误差与偏置误差进行校正，消除增益误差和偏置误差，最后对时间误差进行估计。本发明专利技术可以在线同时估计三种失配误差；当外界的环境改变时，无需调整滤波器系统或者重新设计硬件电路，只需重新输入测试信号即可得到三种失配误差；对输入信号的频率没有限制；估计的三种失配误差精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号采样
，特别是涉及一种用于时间交织模数转换系统的误差估计方法和装置。
技术介绍
随着集成电路技术的不断发展，数字化技术的推广，对模数转换器件ADC的采样速率以及采样精度的要求越来越高，不仅要求数据采集系统有高的采样率，还要有高的采样精度。在实际的运用中，对实时采样速率以及采样精度有极高的依赖性。然而ADC的最大采样速率受限于它的分辨率，分辨率与采样速率之间是一对矛盾体，高采样速率要求较短的转换时间，而高分辨率则要求较长的转换时间。根据目前的IC设计(IntegratedCircuitDesign，集成电路设计)工艺，要实现更高速的采样速率，我们需要探索一种基于新结构和新方法的ADC。一种实现超高速采样的重要方法就是利用多通道时间交织模数转换系统TIADC(Time-interleavedAnalog-to-DigitalConverter)。如图1所示，TIADC是利用M片有着相同采样率fs的单个ADC，采用并行的结构，每片ADC以相隔1/(M*fs)的时间间隔进行采样，以达到采样率为M*fs(总采样率f＝M*fs)的效果。理论上，这种对于M通道的并行交替采样的ADC结构能够使得整个系统采样率达到单个DAC的M倍。但是由于制造工艺本身固有的缺点，不可能使得每一片ADC完全一模一样，所以必然会使得各个通道ADC之间存在失配误差，从而严重降低了整个ADC系统的信噪比。主要的失配误差为时间误差(Time-skewerror)、增益误差(Gainerror)和偏置误差(offseterror)。偏置误差相当于一个加性的误差，它会引起频谱上单个通道采样率整数倍的频点上出现伪谱线。增益误差相当于一个乘性的误差，各个通道之间的增益误差可以引起采样信号的幅度调制。时间误差相对于采样周期来说是一个很小的量，但是它会导致信号存在较大的杂散分量，它会在频谱上导致原始信号频谱在单个通道采样率的整数倍频点上的一个频谱偏移。国内外早期基于多通道时间交织ADC系统的失配修正一般是利用对前端电路的修调，通过精心布局的线路来减少失配误差的影响。这种方法的缺点就是当随着时间的推移，温度的变化，电器元件的老化会使得电路的修正效果失效。为了克服这种前端修正的方法，可以利用后端处理的方法。目前基于多通道时间交织ADC系统的失配误差及其数字后端处理的修正算法是未来发展的关键。国内外的研究机构针对时间误差、增益误差和偏置误差的修正算法有很多，但是传统的修正算法都是时间误差、增益误差和偏置误差分开单独校正的，即使可以实现多个误差的同时校正，也需要输入多种频率的测试信号，用数据库的方式记录误差，或者需对系统输入一个固定频率的测试信号，这类方法不仅需要额外的存储空间而且对输入的测试信号要求严格，所以研究一种同时对三种误差同时估计，对输入测试信号限制少的用于多通道时间交织ADC系统的失配修正方法非常有实际意义。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种用于时间交织模数转换系统的误差估计方法和装置，能够实现适配误差的同时估计并且对测试信号没有限制。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种用于时间交织模数转换系统的误差估计方法，包括步骤：在多通道时间交织模数转换系统中输入测试信号，获取输出的误差信号；将所述误差信号进行傅里叶变换，获得傅里叶变换后增益误差出现的第一频点和偏置误差出现的第二频点；根据所述误差信号的傅里叶变换在第一频点的值，获得增益误差的傅里叶变换；根据所述误差信号的傅里叶变换在第二频点的值，获得偏置误差的傅里叶变换；根据增益误差的傅里叶变换和偏置误差的傅里叶变换，获得各个子通道的增益误差和偏置误差；根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新的采样函数；将各个子通道的新的采样函数进行傅里叶变换，得到第一函数；将各个子通道的新的采样函数合并后进行傅里叶变换，得到第二函数；根据预设条件对所述第一函数和所述第二函数进行处理；根据处理后的第一函数和第二函数，获得第一通道中没有混频的第三频点，以及与第三频点对应的通道；根据第三频点和第三频点对应的通道，获得各个子通道的时间误差。一种用于时间交织模数转换系统的误差估计装置，包括：误差信号获取模块，用于在多通道时间交织模数转换系统中输入测试信号，获取输出的误差信号；频点确定模块，用于将所述误差信号进行傅里叶变换，获得傅里叶变换后增益误差出现的第一频点和偏置误差出现的第二频点；傅里叶变换模块，用于根据所述误差信号的傅里叶变换在第一频点的值，获得增益误差的傅里叶变换；根据所述误差信号的傅里叶变换在第二频点的值，获得偏置误差的傅里叶变换；增益和偏置误差确定模块，用于根据增益误差的傅里叶变换和偏置误差的傅里叶变换，获得各个子通道的增益误差和偏置误差；采样函数更新模块，用于根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新的采样函数；第一函数确定模块，用于将各个子通道的新的采样函数进行傅里叶变换，得到第一函数；第二函数确定模块，用于将各个子通道的新的采样函数合并后进行傅里叶变换，得到第二函数；函数处理模块，用于根据预设条件对所述第一函数和所述第二函数进行处理；频点和通道确定模块，用于根据处理后的第一函数和第二函数，获得第一通道中没有混频的第三频点，以及与第三频点对应的通道；时间误差确定模块，用于根据第三频点和第三频点对应的通道，获得各个子通道的时间误差。本专利技术用于时间交织模数转换系统的误差估计方法和装置，通过在多通道TIADC系统中输入测试信号获得误差信号，然后对误差信号进行傅里叶变换得到其频谱幅值数据，在时间误差存在的情况下对各个子通道的增益误差与偏置误差进行估计，然后对增益误差与偏置误差进行校正，消除增益误差和偏置误差，最后对时间误差进行估计。本专利技术可以在线同时估计三种失配误差；当外界的环境改变时，无需调整滤波器系统或者重新设计硬件电路，只需重新输入测试信号即可得到三种失配误差；对输入信号的频率没有限制；估计的三种失配误差精度高。附图说明图1为多通道时间交织模数转换系统实施例一的结构示意图；图2为本专利技术用于时间交织模数转换系统的误差估计方法实施例的流程示意图；图3为多通道时间交织模数转换系统实施例二的结构示意图；图4为单个通道中三种失配误差示意图；图5为输入信号与存在三种失配误差的输出信号(时域)的示意图；图6为输入信号与存在三种失配误差的输出信号(频域)的示意图；...

【技术保护点】
一种用于时间交织模数转换系统的误差估计方法，其特征在于，包括步骤：在多通道时间交织模数转换系统中输入测试信号，获取输出的误差信号；将所述误差信号进行傅里叶变换，获得傅里叶变换后增益误差出现的第一频点和偏置误差出现的第二频点；根据所述误差信号的傅里叶变换在第一频点的值，获得增益误差的傅里叶变换；根据所述误差信号的傅里叶变换在第二频点的值，获得偏置误差的傅里叶变换；根据增益误差的傅里叶变换和偏置误差的傅里叶变换，获得各个子通道的增益误差和偏置误差；根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新的采样函数；将各个子通道的新的采样函数进行傅里叶变换，得到第一函数；将各个子通道的新的采样函数合并后进行傅里叶变换，得到第二函数；根据预设条件对所述第一函数和所述第二函数进行处理；根据处理后的第一函数和第二函数，获得第一通道中没有混频的第三频点，以及与第三频点对应的通道；根据第三频点和第三频点对应的通道，获得各个子通道的时间误差。

【技术特征摘要】
1.一种用于时间交织模数转换系统的误差估计方法，其特征在于，包括步骤：
在多通道时间交织模数转换系统中输入测试信号，获取输出的误差信号；
将所述误差信号进行傅里叶变换，获得傅里叶变换后增益误差出现的第一频点和偏置
误差出现的第二频点；
根据所述误差信号的傅里叶变换在第一频点的值，获得增益误差的傅里叶变换；根据
所述误差信号的傅里叶变换在第二频点的值，获得偏置误差的傅里叶变换；
根据增益误差的傅里叶变换和偏置误差的傅里叶变换，获得各个子通道的增益误差和
偏置误差；
根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新的采样函数；
将各个子通道的新的采样函数进行傅里叶变换，得到第一函数；
将各个子通道的新的采样函数合并后进行傅里叶变换，得到第二函数；
根据预设条件对所述第一函数和所述第二函数进行处理；
根据处理后的第一函数和第二函数，获得第一通道中没有混频的第三频点，以及与第
三频点对应的通道；
根据第三频点和第三频点对应的通道，获得各个子通道的时间误差。
2.根据权利要求1所述的用于时间交织模数转换系统的误差估计方法，其特征在于，根
据预设条件对所述第一函数和所述第二函数进行处理的步骤包括：
将第一函数中小于ε×MAX(Yi)的值设为0，其中ε为预设常数，Yi为第一函数中各通道的
函数，i＝(0…..M-1)，M为总的通道数，MAX为最大值；
将第二函数中小于ε×MAX(Y)的值设为0，其中Y为第二函数。
3.根据权利要求1所述的用于时间交织模数转换系统的误差估计方法，其特征在于，所
述测试信号为余弦信号，根据处理后的第一函数和第二函数，获得第一通道中没有混频的
第三频点，以及与第三频点对应的通道的步骤包括：
获取Y0在(0，π)中使得幅值|Y0(ejω)|不为零的频点ωk1，其中Y0为处理后的第一函数中
第一通道的函数，ω为角频率，e为自然指数，j为虚数单位；
从k＝1,…,M中选取使不为零的k，将选取的k作为
kp1，其中M为总的通道数，Y为处理后的第二函数；
获取Y0在(π，2π)中使得幅值|Y0(ejω)|不为零的频点ωk2；
从k＝1,…,M中选取使不为零的k，将选取的k作为kp2。
4.根据权利要求3所述的用于时间交织模数转换系统的误差估计方法，其特征在于，根
据第三频点和第三频点对应的通道，获得各个子通道的时间误差的步骤包括：
根据ωk1和kp1，以及表达式：得到Δt1，其中i＝
(0…..M-1)，Yi为处理后的第一函数中各通道的函数，ω＜2π＞＝
((ω+π)mod2π)-π，mod为求余运算，Y＝1/f，f为总采样率；
根据ωk2和kp2，以及表达式：得到Δt2；
根据Δt1和Δt2的平均值获得各个子通道的时间误差。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的用于时间交织模数转换系统的误差估计方法，其
特征在于，根据表达式得到各个子通道的新的采样函数，其中i＝(0…
..M-1)，ai为偏置误差，gi为增益误差，为各个子通道的新的采样函数，yADCi为原采样
函数。
6.一种用于时间交织模数转换系统的误差估计装置，其特征在于，包括：
误差信号获取模块，用于在多通道时间交织模数转换系统中输入测试信号，获取输出
的误差信号；
频点确定模块，用于将所述误差信号进行傅里叶变换，获得傅里叶变换后增益误差出
现的第一频点和偏置误差出现的第二频点；
傅里叶变换模块，用于根据所述误差信号的傅里叶变换在第一频点的值，获得增益误
差的傅里叶变换；根据所述误差信号的傅里叶变换在第二频点的值，获得偏置误差的傅里
叶变换；
增益和偏置误差确定模块，用于根据增益误差的傅里叶变换和偏置误差的傅里叶变
换，获得各个子通道的增益误差和偏置误差；
采样函数更新模块，用于根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新
的采样函数；
第一函数确定模块，用于将各个子通道的新的采样函数进行傅里叶变换，得到第一函
数；
第二函数确定模块，用于将各个子通道的新的采样函数合并后进行傅里叶变换，得到
第二函数；
函数处理模块，用于根据预设条件对所述第一函数和所述第二函数进行处理；
频点和通道确定模块，用于根据处理后的第一函数和第二函数，获得第一通道中没有
混频的第三频点，以及与第三频点对应的通道；
时间误差确定模块，用于根据第三频点和第三频点对应的通道，获得各个子通道的时
间误差。
7.根据权利要求6所述的用于时间交织模数转换系统的误差估计装置，其特征在于，所
述函...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锐锐，谭洪舟，李宇，蔡彬，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44