[發明專利]一種基于LMS算法逐次逼近式模擬數字轉換器校準方法

在審

• 申請號: 202011342612.0
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112383308A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 萬培元;謝隆;陳志杰;白濤;張洪達
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于LMS算法逐次逼近式模擬數字轉換器校準方法，其特征在于：逐次逼近型模數轉換器包括：兩個相互獨立且存在偏差的N位SAR ADC以及數字校準模塊；兩個獨立的N位SARADC采用非二進制電容陣列，通過電容陣列結構中引入冗余量，再利用冗余量通過數字或模擬方法進行后處理；

數字校準模塊是通過數字電路的形式實現LMS算發達成校準；LMS算法即最小均方算法，自適應濾波器的典型算法，通過兩路信號，一路為參考信號d，另一路信號通過濾波器(H)估計出d'和參考信號d之間要滿足均方誤差最小的判據，而初始狀態下濾波器系數設置為W(0),得到的結果d'不滿足誤差最小的判據，此時采用自適應優化算法去調節系數W，在不斷的迭代計算后，找到這樣的W使得估計的d'和期望得到的d誤差最小，而采取的最優化算法為隨機梯度下降，也即是每進一個新數據x(t)求取它梯度并計算W，在這過程中x(t)和d(t)的誤差是對應的。

2.根據權利要求1所述的一種基于LMS算法逐次逼近式模擬數字轉換器校準方法，其特征在于：校準方法具體步驟：

ADC“A”是待校準的SAR ADC，ADC“B”是一個存在失配的SAR ADC，“A”和“B”相互獨立；當上電工作時，兩個不同的ADC分別對V_IN進行采樣和量化，輸出相應的數字碼D_A和D_B；

在SARADC轉換結束時，輸入信號的值表示為

式中N為有效位數，W_i為第i位的權重系數，如果電容是理想的，則電容權重Wi形成一組二進制序列1/2i，i＝1,2,…,N，D_i為第i位的轉換結果；V_IN為輸入信號，V_REF為參考信號；

在實際情況中，由于電容存在失配，導致各電容間的權重比將不再嚴格維持二進制關系；用W_i′＝W_i+ε_i表示數字域實際情況中的權重系數，其中ε_i表示各位權重存在的誤差值；

利用線性系統的可疊加原理可知，如果SAR ADC是線性的，則在模擬輸入信號中疊加的擾動信號能夠在數字域中精確的補償；因此通過SAR ADC對同一個模擬輸入且疊加兩次大小相等，符號相反的擾動信號±Δ_a分別進行兩次量化，得到了兩個N位的待處理的數字碼D₊和D_-，校準系統首先分別計算出d₊和d_-，即分別為D₊和D_-的所有權重之和；如公式所示

式中D₊為模擬輸入V_IN+Δ_a所量化的數字碼，D_-為模擬輸入V_IN-Δ_a所量化的數字碼；b_i為第i位轉換的結果，i＝0,1,…,N-1；

同時由式得出兩個轉換過程的誤差error為

error＝d₊-d_--2Δ_d

式中，d₊和d_-分別是V_IN+Δ_a和V_IN-Δ_a的量化值；

最終校準網絡的LMS算法使得誤差逐漸趨近于0，此時各位權重將收斂。

3.根據權利要求2所述的一種基于LMS算法逐次逼近式模擬數字轉換器校準方法，其特征在于：LMS校準算法流程分為以下三步

第一步是濾波輸出，通過從兩個ADC得到的兩個N位的待處理的數字碼D+和D-結合每一位權重系數計算得出所有權重之和d₊和d_-；

第二步是誤差計算，通過計算第一步得到兩個權重和與已知注入的擾動值的差值的得到轉換過程中的誤差error，假設權重已達到最佳，則error為0并結束校準；若error不為0，則表明轉移特性曲線依舊非線性，進入第三步；

第三步是權重值更新，如果誤差error不為零，通過已設定好的迭代步長，調節權重系數與誤差，進入第一步再次計算，直到誤差error為零為止。