[發(fā)明專利]帶寬擴(kuò)展濾波器及其設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710677497.4
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107659290B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱銳力
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南艾科諾維科技有限公司
• 主分類號: H03H17/06
• 分類號: H03H17/06;H03H17/02
• 代理公司: 北京睿邦知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11481
• 代理人: 徐丁峰

本發(fā)明提供了帶寬擴(kuò)展濾波器及其設(shè)計方法。該帶寬擴(kuò)展濾波器的設(shè)計方法包括：將該帶寬擴(kuò)展濾波器的系統(tǒng)損耗函數(shù)定義為通帶損耗函數(shù)和阻帶損耗函數(shù)的加權(quán)和；基于最小二乘準(zhǔn)則計算出令該系統(tǒng)損耗函數(shù)最小的通帶損耗函數(shù)和阻帶損耗函數(shù)；基于該通帶損耗函數(shù)、阻帶損耗函數(shù)和帶寬擴(kuò)展比例，計算出該帶寬擴(kuò)展濾波器所需的階數(shù)以及權(quán)值比重；和基于計算出的階數(shù)和權(quán)值比重，確定該帶寬擴(kuò)展濾波器的沖激響應(yīng)函數(shù)。本發(fā)明提供的帶寬擴(kuò)展濾波器及其設(shè)計方法可有效擴(kuò)展TI?ADCs系統(tǒng)的帶寬，并提升通帶響應(yīng)性能和抑制阻帶噪聲。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來說涉及濾波器領(lǐng)域，更為具體地說涉及一種帶寬擴(kuò)展濾波器及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)

數(shù)據(jù)采集設(shè)備作為混合信號處理系統(tǒng)中的重要組成單元，是連接真實(shí)的模擬世界和虛擬的數(shù)字世界之間的唯一橋梁，是支撐現(xiàn)代信號處理的基石。高速采集設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用在衛(wèi)星通信監(jiān)測、雷達(dá)、軟件無線電、電磁頻譜監(jiān)測、以及生物化學(xué)分析等領(lǐng)域。隨著科技的不斷革新，待測頻譜帶寬和瞬時動態(tài)范圍不斷提升，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速度和采樣精度提出了更高的要求。即要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不但具有快速的轉(zhuǎn)換速度還需要保證足夠的采樣分辨率，然而轉(zhuǎn)換精度受限于轉(zhuǎn)換速度，高采樣速度要求轉(zhuǎn)換時間必須足夠短，而適合于高分辨率的ADC結(jié)構(gòu)又需要較長的比較和量化時間，二者的矛盾在現(xiàn)有的技術(shù)和工藝條件下無法調(diào)和。因而，在現(xiàn)有ADC器件結(jié)構(gòu)和制備條件下如何進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能指標(biāo)以滿足實(shí)際應(yīng)用需求，成為了一個亟待解決的問題。

時間交替模數(shù)轉(zhuǎn)換(Time-Interleaved ADCs,TI-ADCs)結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒍嗥退貯DC有序組合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有單片ADC無法達(dá)到的采集性能。利用時間交替結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑾到y(tǒng)等效采樣速度按照通道數(shù)量成比例提升。自1980年Black與Hodges設(shè)計第一個多通道時間交替采集系統(tǒng)，這種高效的交替結(jié)構(gòu)即展現(xiàn)出解決采樣速度和精度瓶頸的潛力，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

通帶寬度以及帶內(nèi)的頻響平坦特性是衡量ADC性能的一個關(guān)鍵指標(biāo)。隨著轉(zhuǎn)換速率的不斷提升，ADC的模擬帶寬變得越來越難滿足采樣速率的需求，而這一問題在TI-ADCs系統(tǒng)中顯得尤為突出。具體來說，對于TI-ADCs系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)換速度按并行交替的通道數(shù)量成比例增加，然而系統(tǒng)的模擬帶寬卻無法按照相同的比例增加，而是受到子ADC的限制。提升模擬帶寬能夠改善測量結(jié)果的性能，更寬的模擬帶寬意味著測量設(shè)備具有更短的響應(yīng)時間，在測量脈沖信號時能夠提供更加準(zhǔn)確的上升沿以及過沖和欠沖等重要參數(shù)。而利用數(shù)字輔助技術(shù)改善高速ADC模擬帶寬是一種提升采集系統(tǒng)性能的有效方法。模擬帶寬數(shù)字?jǐn)U展技術(shù)除了能夠提升采集系統(tǒng)對脈沖信號的測量精度以外，由于擴(kuò)展濾波器能夠改善通道頻響的滾降特性(即增加了帶外的噪聲和雜散分量的抑制能力)，還能夠提升眼圖測量的精度。此外，擴(kuò)展濾波器能夠改善采集系統(tǒng)幅度響應(yīng)的平坦度和相位響應(yīng)的線性度從而提供更好的頻域測量性能。例如，現(xiàn)有技術(shù)中，提出了一種增益補(bǔ)償方法以改善幅度響應(yīng)的平坦度。通過在頻帶中選取一些特定的頻點(diǎn)來計算補(bǔ)償濾波器的系數(shù)，但是設(shè)計中并沒有考慮補(bǔ)償濾波器的整體性能，無法以最小的信噪比損失來換取模擬帶寬性能的擴(kuò)展，此外，該方法并沒有給出完備的設(shè)計流程和策略，即沒有提出有效的帶寬擴(kuò)展濾波器階數(shù)估計函數(shù)以降低獲取最優(yōu)濾波器的設(shè)計時間，為從頂層評估計算復(fù)雜度提供有效參考。

因此，需要改進(jìn)的帶寬擴(kuò)展濾波器及其設(shè)計方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種新穎的和改進(jìn)的帶寬擴(kuò)展濾波器的設(shè)計方法和使用該設(shè)計方法設(shè)計的帶寬擴(kuò)展濾波器。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種帶寬擴(kuò)展濾波器的設(shè)計方法，包括：

將所述帶寬擴(kuò)展濾波器的系統(tǒng)損耗函數(shù)定義為通帶損耗函數(shù)和阻帶損耗函數(shù)的加權(quán)和；

基于最小二乘準(zhǔn)則計算出令所述系統(tǒng)損耗函數(shù)最小的通帶損耗函數(shù)和阻帶損耗函數(shù)；