[發(fā)明專利]一種新的針對(duì)TIADC系統(tǒng)時(shí)間誤差的估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310193800.5
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN103326724B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉素娟;王俊山;齊佩佩;姜文姝;張美慧
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M1/10
• 分類號(hào): H03M1/10
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速高精度模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于曲線擬合的TIADC（Time-Interleaved Analog-to-digital Converter，時(shí)間交替模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換）系統(tǒng)時(shí)間失配誤差估計(jì)方法。

背景技術(shù)

高速度高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換是模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的重要“橋梁”，然而傳統(tǒng)的ADC由于器件工藝制造水平的限制很難同時(shí)具備高速度和高精度兩種性能。一種采用并行時(shí)間交替工作的ADC結(jié)構(gòu)（TIADC）被認(rèn)為是最具創(chuàng)新性的解決方案。這種并行時(shí)間交替ADC由M個(gè)獨(dú)立的并行子通道組成，各個(gè)子通道以f_s/M的采樣頻率對(duì)同一個(gè)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行分時(shí)交替采樣，然后將M個(gè)子通道的輸出重組為一組數(shù)字輸出信號(hào)。這樣，整個(gè)并行時(shí)間交替ADC的采樣頻率為f_s。理想工作條件下，對(duì)于具有M個(gè)獨(dú)立的并行子通道的并行時(shí)間交替ADC系統(tǒng)的采樣頻率為子通道采樣頻率的M倍。然而由于實(shí)際制造工藝的水平限制，使得各個(gè)子通道之間產(chǎn)生以下幾種失配誤差：增益失配誤差（Gain mismatch）、直流偏置失配誤差（Offset mismatch）和時(shí)間失配誤差（Timing mismatch）。這些通道失配誤差使得TIADC系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無雜散范圍（SFDR）大大降低，嚴(yán)重影響了TIADC系統(tǒng)的性能。其中，增益失配誤差和直流偏置失配誤差可以通過在各個(gè)子通道輸出信號(hào)通路上添加一個(gè)加法器和除法器消除，但是時(shí)間失配誤差卻比較難以估計(jì)。

國內(nèi)外針對(duì)時(shí)間失配誤差的研究很多，提出了諸多時(shí)間失配誤差的估計(jì)技術(shù)。如Elbornsson J提出了基于最小均方差（LMS）的估計(jì)算法等等。研究表明，這些已經(jīng)公開的估計(jì)算法雖然能夠有效地實(shí)現(xiàn)TIADC系統(tǒng)的時(shí)間失配誤差的估計(jì)任務(wù)，但是卻帶來了諸如計(jì)算復(fù)雜度較高、難以用硬件實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種新的針對(duì)時(shí)間交替模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí)間誤差的估計(jì)方法。該方法采用曲線擬合的數(shù)學(xué)方法優(yōu)化估計(jì)結(jié)果，簡化了運(yùn)算，提高了轉(zhuǎn)換速度和精度。

本發(fā)明利用最小均方差的數(shù)學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)TIADC系統(tǒng)時(shí)間失配誤差的估計(jì)，并采用曲線擬合的數(shù)學(xué)方法優(yōu)化估計(jì)結(jié)果，通過求解最優(yōu)采樣點(diǎn)數(shù)和迭代次數(shù)達(dá)到降低計(jì)算復(fù)雜度的目的。

對(duì)于M通道的TIADC系統(tǒng)第i路實(shí)際采樣量化輸出值為：

y_i[n]＝x((nM+i)T_s+t_i)(1)

式中，i=1，2，…，M，為通道序號(hào)，n為采樣時(shí)刻，y_i[n]為采樣時(shí)刻為n時(shí)第i通道的量化輸出值，x(t)為等轉(zhuǎn)換的模擬電壓信號(hào)，t_i為TIADC系統(tǒng)的時(shí)間失配誤差，T_s為TIADC系統(tǒng)的采樣周期。

利用最小均方差的數(shù)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)TIADC系統(tǒng)時(shí)間失配誤差的估計(jì)。時(shí)間失配誤差由下式計(jì)算：

式中，t_i⁽⁰⁾為時(shí)間失配誤差估計(jì)結(jié)果，N為采樣點(diǎn)數(shù)。

以t_i⁽⁰⁾為初始值迭代l次后的時(shí)間失配誤差估計(jì)結(jié)果t_i^(l)為：

對(duì)于M通道TIADC系統(tǒng)，依據(jù)公式（2）和（3）可以得到粗略的時(shí)間失配誤差估計(jì)結(jié)果；以公式（2）的估計(jì)值作為初始值采用迭代的方法，依據(jù)公式（4）和（5）可以得到相對(duì)精確的時(shí)間失配誤差估計(jì)結(jié)果。然而，公式（4）和（5）需要進(jìn)行高復(fù)雜度的迭代運(yùn)算，大大影響了轉(zhuǎn)換速度的提高。為此，本發(fā)明提出了采用曲線擬合的數(shù)學(xué)方法優(yōu)化估計(jì)結(jié)果的方案。

設(shè)采樣點(diǎn)數(shù)或迭代次數(shù)為自變量x，估計(jì)值和實(shí)驗(yàn)設(shè)定真實(shí)值的差與設(shè)定真實(shí)值的比值為相對(duì)誤差y。y的表達(dá)式為：

式中，t⁰為估計(jì)出的時(shí)間失配誤差，t為驗(yàn)證算法設(shè)置的真實(shí)的時(shí)間失配誤差。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)誤差與采樣點(diǎn)數(shù)、迭代次數(shù)成冪函數(shù)關(guān)系，即：

y＝ax^b（7）

式中，a、b為待定系數(shù)。

（7）式兩邊取對(duì)數(shù)得：

lny＝lna+blnx（8）

令Y＝lny,X＝lnx,A＝lna,B＝b，得線性方程：

Y＝A+BX

設(shè)樣本數(shù)為m，可得到下面的關(guān)于A、B的線性方程組：