一种多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法技术

本发明专利技术属于微电子技术领域，提供一种多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法；首先，提取各个子通道的信号传输路径的带宽参数，计算得到各通道相对于基准通道的带宽失配量，形成向量作为初始带宽失配向量，带入目标函数，计算得目标函数初始解；再将带宽失配向量中的元素随机交换，产生新的带宽失配向量，带入目标函数，计算得目标函数的解，并采用能量状态最小算法更新目标函数最小解，直到能量状态最小算法中目标函数最小解的更新次数达到预设次数，输出目标函数最小解。本发明专利技术能够实现对多通道时间交织模数转换器的动态线性性能SFDR的优化，且不对器件其他性能造成影响，也无需增加电路开销。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，涉及微电子技术中的多通道时间交织模数转换器，特别涉及多通道时间交织模数转换器的带宽失配优化方法。
技术介绍
随着工艺特征尺寸的减小，数字集成电路的工作速度大大提高，使得普通结构的模数转换器无法达到数字信号处理的速度要求，这也使得越来越多的研究者关注如何提高模数转换器的工作速度。为了提高传统的模数转换器的工作速度，一种将多个模数转换器并联工作的结构被提出，即时间交织模数转换器(Time-interleavedADC，TIADC)，这种结构的模数转换器使得每个子模数转换器的工作频率可以很低，在时间交织的工作状态下可以将整体的工作速度提升。一个包含M通道的时间交织模数转换器的结构如图1所示，单个通道转换器包含采样网络和子ADC量化网络，单通道ADC的工作频率为fs/M，通过将每个通道采样开关的采样时间交错开来，使得整个ADC系统在时间交织的工作状态下的工作频率增大为fs(工作周期：Ts＝1/fs)，最后将每个通道的数据在fs的采样频率下采样、存储及输出，从而提高时间交织模数转换器的速度。理论上，时间交织模数转换器的通道数越多，其工作速度可以越快；但各通道子模数转换器间存在带宽失配等非理想因素，严重影响了整个模数转换器的动态性能。如图2所示为单通道的带宽模型，图2(b)的等效带宽模型中Rm和Cm包含了传输线的寄生电阻(Rp)、电容(Cp)和采样开关的电阻和采样电容，各通道采样开关具有相等的导通电阻和采样电容；如图3所示是M通道模数转换器信号传输线模型等效原理，由于信号到达每个通道的路径长度不同，寄生参数(R和C)不同，导致各通道的带宽存在偏差，即各个通道间存在带宽失配。基于此，本专利技术提出了一种多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法，在不考虑其他非理想因素的影响下对通道间的带宽失配进行了优化，在没有增加电路的开销的情况下显著提高了ADC系统的动态性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对多通道时间交织模数转换器通道间存在的带宽失配，提出了一种多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法，该方法基于采样时钟随机化分布，能够优化多通道时间交织模数转换器的动态线性性能。为实现该目的，本专利技术采用的技术方案为：一种多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法，包括以下步骤：步骤1、提取版图寄生参数，得到各个子通道的信号传输路径的带宽参数，计算得到各通道相对于基准通道的带宽失配量，形成向量作为初始带宽失配向量；步骤2、将初始带宽失配向量带入目标函数，计算得目标函数初始解；步骤3、将带宽失配向量中的元素随机交换，产生新的带宽失配向量，带入目标函数，计算得目标函数的解，并采用能量状态最小算法更新目标函数最小解；步骤4、重复步骤3，直到能量状态最小算法中目标函数最小解的更新次数达到预设次数，输出目标函数最小解，其对应的带宽失配向量即为所述多通道时间交织模数转换器带宽失配优化输出。进一步的，所述步骤1的具体过程为：提取版图寄生参数，根据传输线模型和模数转换器通道位置得到各个子通道的信号传输路径的带宽参数：WM＝(w0,w1,w2,…wM-2,wM-1)，通过选定任一通道为基准通道，计算得到其他通道相对于选定的通道的带宽失配量并形成向量，即初始带宽失配向量：RM＝(r0,r1,r2,r3…rM-2,rM-1)，其中，rm,m∈(0,1…,M-1)为第m通道的带宽失配量，M为通道数，RM的标准差为σr。进一步的，所述步骤2中，采用杂散分量标准差作为目标函数，通过建模分析，第k次杂散分量为：其中，k∈(1,2,…,M-1)，Hm(ω)为第m通道传输函数的频域形式，Hm(ω)表示为：其中，τc＝1/ωc，ωc为系统理论带宽，rm为第m通道的带宽失配量，m∈(0,1…,M-1)，M为通道数。更进一步说明的是：本专利技术中，目标函数采用杂散分量标准差，能够反映频谱分析中各个杂散分量值平均化程度，当目标函数达到最小时即能够实现系统高线性度。本专利技术中提及的能量状态最小算法具体为：若在温度T，当前状态i，新状态j，若Ej<Ei，则说明j状态能量小于i，接受状态j为当前状态并更新；否则，进一步判断，若概率p＝exp[-(Ej-Ei)/kBT]大于[0，1]区间的随机数，则说明收敛概率较大，仍接受状态j为当前状态并更新，若不成立则保留状态i为当前状态，其中kB是玻尔兹曼常数。所述的时间交织模数转换器的通道数为≥2的整数。本专利技术的有益效果在于：本专利技术中多通道时间交织模数转换器的器件结构是固定不变的，其带宽失配向量中元素的交换表示其元素对应的子通道的工作时序(系统采用时钟顺序)交换，即子通道的相对物理位置的交换；随机交换带宽失配向量中元素，通过能量状态最小算法得到杂散分量标准差最小的最优带宽失配向量，从而实现系统线性度优化；上述过程即为采样时钟顺序随机化分配，输出的最优带宽失配向量即对应优化后系统采用时钟顺序。本专利技术能够实现对多通道时间交织模数转换器的动态线性性能SFDR的优化，且不对器件其他性能造成影响，也无需增加电路开销。附图说明图1为传统的M通道时间交织模数转换器的原理框图。图2为信号传输线模型等效原理框图。图3为M通道时间交织模数转换器信号传输线模型等效原理框图。图4为M通道时间交织模数转换器的失配原理框图。图5为本专利技术多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法流程示意图。图6为本专利技术多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法收敛示意图(SFDR与搜索周期数之间关系)。图7为本专利技术多通道时间交织模数转换器带宽失配优化前后模数转换器的线性度随输入信号频率与输入信号带宽之比(Fin/Fc)变化的关系图。图8为本专利技术多通道时间交织模数转换器带宽失配优化前后模数转换器的线性度随通道数M的关系图。具体实施方式下面结合附图及实施例详细描述本专利技术的技术方案：为了更好的阐述和理解本专利技术的思想，本实施例以16通道TIADC为例，如图4所示，信号到各个子通道之间的传输带宽不相同，这组带宽信息就表示了信号在传输路径上的失配情况，各个通道信号传输的带宽信息向量如下：W16＝(w0,w1,w2,…w14,w15)上述带宽值在向量中的顺序即为系统采样时钟的顺序(工作时序)，如图3中实线表示的时钟顺序所示是按照顺序依次给到各个通道的，这种情况会使得某些频率点的杂散能量聚集，恶化电路的动态性能；通过选定第一个通道为基准通道，计算得到其他通道相对于选定的第一通道的带宽失配量并形成向量：R16＝(r0,r1,r2,r3…r14,r15)其中，rm为第m通道的带宽失配量，R16的标准差为σr。本专利技术的思想是将各个时钟顺序进行随机化分布，重新排列给到各个通道间，如图3中虚线表示的时钟排布方式，这种排布情况相当于交换了通道ADC的物理位置，时钟顺序就代表了通道的位置及子ADC的工作顺序，这种处理可以对杂散能量的聚集情况进行优化。由于时间交织模数转换器的信噪失真比与带宽失配的标准差相关，本专利技术提出的采样时钟随机化优化方法只是改变采样时钟的顺序，并没有改变带宽失配的相对量，如图4所示，所以本专利技术理论上是不会对模数转换器的信噪失真比造成影响；而系统的动态范围是与最大的杂散能量相关的，每个杂散能量是由所有通道带宽失配的影响积累的，如下式第k次杂散可表示为：而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法，包括以下步骤：步骤1、提取版图寄生参数，得到各个子通道的信号传输路径的带宽参数，计算得到各通道相对于基准通道的带宽失配量，形成向量作为初始带宽失配向量；步骤2、将初始带宽失配向量带入目标函数，计算得目标函数初始解；步骤3、将带宽失配向量中的元素随机交换，产生新的带宽失配向量，带入目标函数，计算得目标函数的解，并采用能量状态最小算法更新目标函数最小解；步骤4、重复步骤3，直到能量状态最小算法中目标函数最小解的更新次数达到预设次数，输出目标函数最小解，其对应的带宽失配向量即为所述多通道时间交织模数转换器带宽失配优化输出。

【技术特征摘要】
1.一种多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法，包括以下步骤：步骤1、提取版图寄生参数，得到各个子通道的信号传输路径的带宽参数，计算得到各通道相对于基准通道的带宽失配量，形成向量作为初始带宽失配向量；步骤2、将初始带宽失配向量带入目标函数，计算得目标函数初始解；步骤3、将带宽失配向量中的元素随机交换，产生新的带宽失配向量，带入目标函数，计算得目标函数的解，并采用能量状态最小算法更新目标函数最小解；步骤4、重复步骤3，直到能量状态最小算法中目标函数最小解的更新次数达到预设次数，输出目标函数最小解，其对应的带宽失配向量即为所述多通道时间交织模数转换器带宽失配优化输出。2.按权利要求1所述多通道时间交织模数转换器带宽失配优化方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：提取版图寄...

【专利技术属性】
技术研发人员：李靖，邓健，罗建，宁宁，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51