无冗余通道的时间交叉ADC劈分校准结构及其自适应校准方法技术

本发明专利技术公开了一种无冗余通道的时间交叉ADC劈分校准结构及其自适应校准方法，其特征是设置由N个采样速率为fs/N的劈分ADC通道构成的采样速率为fs的子时间交叉ADC模块(子TIADC-A)和由L个采样速率为fs/L的劈分ADC通道构成的采样速率为fs的子时间交叉ADC模块(子TIADC-B)，共同组成一个基于劈分通道互校准的总TIADC。子TIADC-A和子TIADC-B以相同采样速率fs对同一输入信号在同一时刻进行采样并转换，子TIADC-A和子TIADC-B转换输出的差值被用在趋零型自适应校准算法中以计算劈分ADC通道间的失配误差估计值。当通道间的失配误差得到正确的校准之后，以子TIADC-A和子TIADC-B转换输出值的算术平均值作为基于劈分通道互校准的总TIADC最后的转换输出值。本发明专利技术计算复杂度低、易于硬件实现，能够应用于任意通道数的TIADC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
，具体来讲，涉及一种对时间交叉ADC 中通道间失配误差的校准的结构和方法。
技术介绍
通信系统、雷达、图像/视频处理等现代电子系统需要高速、高精度的模数转换器 ADC。传统的单通道模数转换器，如流水线结构ADC，要在保证高精度的同时实现高速度将面临物理上的限制，特别是随着深亚微米CMOS工艺向更低电源电压、更小特征尺寸方向发展将使采用传统结构的高精度、高速ADC的设计变得越发困难。一种有效的解决方案是通过多通道时间交叉技术突破工艺因素带来的限制，使ADC的速度实现成倍的提高。时间交叉ADC (TIADC)的思想是，利用M个单通道ADC以交替并行的方式分别对输入信号进行采样并转换，单个通道的采样速率是TIADC采样速率的1/M(即fs/M)，转换后的结果同样按时间交叉的方式组合得到TIADC的输出，输出速率为fs。因此，TIADC的采样速率相比于单通道ADC实现了 M倍的提高。理想情况下，TIADC中各个单通道ADC具有相同的电路特性，如具有相同的输入失调电压，相同的全局增益，相同的采样周期(M/fs)。但是在实际工艺制造过程中各个通道的特性参数存在一定的失配，即失调失配、增益失配和采样时间失配。这些失配误差将在TIADC的输出频谱中引入杂散谐波，降低TIADC的无杂散动态范围(SFDR)和有效位数，严重影响TIADC的性能。有资料表明，呈正态分布的标准差的通道间失配便会将TIADC的精度限制在7位而不论单通道ADC的精度如何。国内外已有若干针对TIADC失配误差校准的研究出现，国内如王志刚、田书林等人专利技术的基于插值和正弦拟合的TIADC系统通道失配误差获取方法(王志刚，田书林，张昊，王猛.一种时间交替ADC系统通道失配误差的获取方法.中国专利200910167760.0， 2009-09-27)，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)，但这些方法要么只是研究TIADC失配误差的获取，要么只是研究失配误差的补偿，而没有形成完整的误差自适应获取和补偿方案。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 calibrationIEEE Journal of Solid-State Circuits, ν 37, η 12, ρ 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。Sunder S. Kidambi提出的M通道时间交叉模数转换器失配误差的校准方法中对误差的补偿需要通过数模转换器(DAC)把在数字域得到的误差值转换为模拟信号用于控制 TIADC中参数可调的模拟电路来完成误差补偿(KIDAMBI SUNDER S . CALIBRATION OFOFFSET, GAIN AND PHASE ERRORS IN M-CHANNEL TIME-INTERLEAVED ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTERS · US2010253557A1，2010-10-07)。John A. McNeill 和 Christopher David 等人提出了利用2M+1个劈分ADC通道(SplitADC)互校准方法来实现M倍速率提升的TIADC(系统中通道采样速率为fs/M，系统速率为fs)通道间失配误差的自适应校准 (John A. Mcneill, Christopher David, Michael Coin，and Rosa Croughwel1. “Split ADC，，Calibration for All-Digital Correction of Time-Interleaved ADC Errors. IEEE Transactions on circuits and systems-II :Express Briefs，vol.56，no. 5， pp. 344-348，2009.)，但是这一方法必须设计一条冗余的劈分ADC通道来辅助校准的完成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的时间交叉ADC劈分校准结构及其自适应校准方法，具有如下特征不需要冗余的劈分ADC通道，计算复杂度低、易于硬件实现，可完成TIADC通道间失配误差的自适应校准，校准过程在纯数字域进行，能够应用于任意通道数的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无冗余通道的时间交叉ADC劈分校准结构，其特点是设置由N个采样速率为fs/N的劈分ADC通道构成的采样速率为fs的子TIADC-A 和由L个采样速率为fs/L的劈分ADC通道构成的采样速率为fs的子TIADC-B，共同组成一个基于劈分通道互校准的总TIADC，其中N和L互质，所述子TIADC-A和子TIADC-B以相同采样速率fs对同一输入信号在同一时刻进行采样并转换，所述子TIADC-A和子TIADC-B转换输出的差值被用在趋零型自适应校准算法中以计算劈分ADC通道间的失配误差估计值， 以所述自适应校准算法补偿通道间的失配误差，所述自适应校准算法的收敛标准是使所述子TIADC-A和子TIADC-B转换输出的差值的能量最小化，当通道间的失配误差得到正确的校准之后，以所述子TIADC-A和子TIADC-B转换输出值的算术平均值作为基于劈分通道互校准的总TIADC的最后输出值。本专利技术无冗余通道的时间交叉ADC劈分校准结构的自适应校准方法的特点是按如下步骤实现a、确定构成子TIADC-A的劈分ADC通道数N和构成子TIADC-B的劈分ADC通道数 L b、使子TIADC-A中劈分ADC通道工作在fs/N采样速率，每个劈分ADC通道采样时钟相位相互间隔360° /N,以时间交叉的工作方式构成的子TIADC-A的速率为fs ；使子 TIADC-B中劈分ADC通道工作在fs/L，每个劈分ADC通道采样时钟相位相互间隔360° / L,以时间交叉的工作方式构成的子TIADC-B的速率为fs ；将子TIADC-A和子TIADC-B组成基于劈分通道互校准的总TIADC，以采样速率fs对同一输入信号在同一时刻进行采样并转换；C、按以下公式(1)所示误差补偿算法对每个劈分ADC通道的转换输出进行误差补偿，被补偿的误差包括失调误差、增益误差和采样时间误差y = (x + xos + xg +At)-xos -yg-At ^ χ +εο5 +γε(ι) 其中，j)为劈分ADC通道经过误差补本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无冗余通道的时间交叉ＡＤＣ劈分校准结构，其特征是：设置由Ｎ个采样速率为ｆｓ／Ｎ的劈分ＡＤＣ通道构成的采样速率为ｆｓ的子ＴＩＡＤＣ－Ａ和由Ｌ个采样速率为ｆｓ／Ｌ的劈分ＡＤＣ通道构成的采样速率为ｆｓ的子ＴＩＡＤＣ－Ｂ，共同组成一个基于劈分通道互校准的总ＴＩＡＤＣ，其中Ｎ和Ｌ互质，所述子ＴＩＡＤＣ－Ａ和子ＴＩＡＤＣ－Ｂ以相同采样速率ｆｓ对同一输入信号在同一时刻进行采样并转换，所述子ＴＩＡＤＣ－Ａ和子ＴＩＡＤＣ－Ｂ转换输出的差值被用在趋零型自适应校准算法中以计算劈分ＡＤＣ通道间的失配误差估计值，以所述自适应校准算法补偿通道间的失配误差，所述自适应校准算法的收敛标准是使所述子ＴＩＡＤＣ－Ａ和子ＴＩＡＤＣ－Ｂ转换输出的差值的能量最小化，当通道间的失配误差得到正确的校准之后，以所述子ＴＩＡＤＣ－Ａ和子ＴＩＡＤＣ－Ｂ转换输出值的算术平均值作为基于劈分通道互校准的总ＴＩＡＤＣ的最后输出值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹勇生，张睿，梁上泉，邓红辉，宋宇鲲，高明伦，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：34