[發(fā)明專利]單一ADC采集通道動態(tài)特性測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710396322.6
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107102255B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉鑫;張光宇;董增壽
• 申請（專利權(quán)）人: 太原科技大學
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 王思俊

一種單一ADC采集通道動態(tài)特性測試方法，屬于電子測量領(lǐng)域。測試流程為對激勵信號進行采樣，獲得觀測樣本；確定頻率搜索邊界，頻率選擇點，計算頻率選擇點對應(yīng)的最小二乘殘差，確定基頻信號的模型；估計信噪諧波比SINAD和有效位數(shù)ENOB；構(gòu)建殘差序列矩陣，計算其協(xié)方差矩陣，進行特征分解，在相應(yīng)譜峰的鄰域搜索計算諧波頻率，估計諧波幅值；估計信號非諧波比SNHR、無雜散動態(tài)范圍SFDR和總諧波失真THD。本發(fā)明首次采用時?頻域分析與空間譜分析相結(jié)合的方法，準確估計觀測樣本中包含的激勵信號，噪聲成分以及諧波失真成分，能有效改善頻譜分析存在的頻譜泄露和柵欄效應(yīng)，算法估計精度高，運算量小，便于硬件實現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子測量領(lǐng)域，具體涉及一種對單一ADC采集通道動態(tài)特性測試方法。

背景技術(shù)

采集電路在動態(tài)工作過程中，由于采樣時鐘的不確定性，采集電路中存在的非線性元器件、模數(shù)轉(zhuǎn)換的量化誤差以及諧波失真等因素，導(dǎo)致電路在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生各種誤差。采集通道動態(tài)參數(shù)測試與評估就是對這些誤差項定量的表征。采用正弦波信號對采集通道的動態(tài)特性測試算法主要有兩類：一類為非參數(shù)法，典型算法是離散傅里葉變換(Discrete Fourier Transform，DFT)以及其快速實現(xiàn)算法快速傅里葉變換(FastFourier Transform，F(xiàn)FT)。另外，還包括有小波變換(Wavelet Transform，WT)，希爾伯特-黃變換(Hibert-Huang transform)以及Chirp Z變換也被用于分析正弦信號諧波參數(shù)。在信噪比條件較差或是小樣本條件下，由于存在頻譜泄露和柵欄效應(yīng)，F(xiàn)FT頻譜估計精度低。另一類為參數(shù)法，例如極大似然估計法(Maximum Likelihood Estimation,MLE)，非線性最小二乘估計(Nonlinear Least Square,NLS)方法，正弦擬合算法(Sine Fitting)，基于模型的功率譜估計方法，以及基于子空間特征分解的高分辨率譜估計。

已有文獻表明，朱仕銀等人在《北京理工大學學報》發(fā)表的“改進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能測試的正弦擬合法”，提出了一種基于正弦擬合的采集電路性能測試算法，該方法最多只考慮信號中的三次諧波失真成分，設(shè)置擬合目標函數(shù)為基波的幅度A_v1、角頻率ω、相位二次諧波和三次諧波的幅度A_v2，A_v3、相位共七個參數(shù)的函數(shù)。該算法的估計結(jié)果需要確保預(yù)置的基波幅度A_v1與角頻率ω與真實值在非常接近的前提下，通過多次迭代過程，調(diào)整其他參數(shù)才能夠獲取較高的估計結(jié)果。對于激勵正弦信號的頻率參數(shù)未知的情況下，很難準確估計信號中包含的諧波成分。王慧等人在《電子學報》發(fā)表的“測試高分辨率ADC有效位數(shù)的HHT方法”擬合出激勵信號的基波和諧波參數(shù)，得到待測ADC的有效位數(shù)ENOB。該算法與傳統(tǒng)的四參數(shù)正弦擬合算法相比省去了需要對初始頻率進行嚴格選擇的限制，但是需要進行多次重復(fù)篩選，算法計算量和復(fù)雜度高。

現(xiàn)有技術(shù)的不足之處是，實際的采樣過程大多為非相干采樣，對正弦信號量化輸出樣本進行直接進行FFT頻譜分析，會出現(xiàn)頻譜泄露和柵欄效應(yīng)，頻率分辨率低。增加樣本觀測長度能在一定程度上提高頻譜分辨率，但無法解決根本問題，并且導(dǎo)致算法計算量增加和硬件存儲成本增加。并且在頻率參數(shù)無法精確已知的情況下，傳統(tǒng)的四參數(shù)正弦擬合算法為非線性迭代問題，若初始頻率參數(shù)選取不當，迭代次數(shù)多，最終可能會導(dǎo)致算法局部收斂甚至發(fā)散。此外基于小波變換的參數(shù)估計，估計精度取決于母波的選擇，并且無法直接估計諧波信號參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在提供一種單一ADC采集通道動態(tài)特性測試方法，可以有效克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，其特征是包括如下步驟：

(1)對激勵信號進行采樣，獲得觀測樣本x(n)：

(1.1)設(shè)對待測的單一ADC采集通道施加具有一定幅值特征和頻率特征的單音正弦信號，波形為：