应用于流水线ADC的LMS数字校准算法的研究及FPGA实现

发布时间：2020-11-07 11:45

　　 模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)是用来将自然界中的温度、声音、压力等模拟信号,转换为数字信号的器件。对于流水线ADC来说,因其兼顾高速度,高精度以及低功耗等优点,被广泛的应用在无线通信系统,视频成像系统,有源相控阵雷达等领域中,逐渐成为了研究的热点。随着CMOS工艺技术的发展,通过复杂的模拟电路来补偿流水线ADC的误差已变得越来越困难。而采用数字校准技术不仅减小流水线ADC的设计面积,降低功耗等,而且也降低了设计的复杂性以及难度。数字校准技术已经成为提升流水线模数转换器工作性能的新手段新技术。本文先对流水线ADC工作的原理进行介绍,并研究分析存在于流水线ADC中的误差对ADC性能的影响。利用MDAC的传递函数介绍了基于LMS算法校准流水线ADC的基本原理,之后在Matlab/Simulink平台上建立校准模型,并验证模型有效性。其次,为了更好的解决LMS算法收敛速度和精度之间的矛盾,本文还进行了基于符号变步长的LMS算法的研究,从Matlab仿真的结果上可以看出,在输入相同的情况下,变步长算法校准后的流水线ADC,无杂散动态范围由46.32dB提升到82.77dB,有效位则由7.32位提高到11.52位,同时变步长算法的迭代次数明显减少,校准时间缩短。之后确定了变步长校准系统的整体设计方案。通过采用自顶向下的方式将对系统内部模块进行设计。最后,在Xilinx Virtex-5 ML507开发板上搭建系统的测试平台。同时对校准系统的数字硬件电路进行了优化。在相同输入的情况下,符号变步长LMS算法校准后的流水线ADC,无杂散动态范围由46.32dB提升到80.79dB,有效位则由7.32位提高到11.02位。结果表明,经过符号变步长算法的校准,流水线ADC拥有更好的性能。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN79
【部分图文】：

(SINAD)是衡量 ADC 抑制噪声能量和谐波失真的具体体现，整体动态性能。()20lgnoisedistortionsignalRMSRMSSINAD 失真(THD)指输出信号比输入信号多出的谐波成分，即所有附总谐波失真。signalrmsHDrmsHDrmsHDnrmsTotalsignalVVVVRMSRMSTHD,2,3,,()20lg 数(ENOB)是信纳比的直观表示，将信噪失真比转换为等效的6.02SINAD1. 76dBENOB 动态范围(SFDR)是指基波强度与最大杂波或者谐波强度的比[

(a)理想传输曲线 (b)失调后传输曲线图 2.9 流水线 ADC 传输曲线图如今流水线 ADC 中采用冗余编码的方法，采用 1.5bit/stage 的流水线 ADC 子级比较器的容差能力，理论上使流水线 ADC 能力达到±0.25Vref。这样就一定程度上减轻了流水线 ADC ADC 的设计压力。4. 运放有限宽带和建立时间在理想的情况下，运算放大器输出的建立时间看作为零，也有无限大的带宽。然而实际应用中，运放的有限带宽，其输为 0。不仅如此，运放输出的转换率的有限性也限制了运算放大 2.10 所示。

硕士学位论文 第 2 章 流水线 ADC 误差这个电路用一个功能模块来实现，这个模块称作乘法数模转换器DAC 也是流水线的核心模块，其误差大大的影响整个流水线 ADC用的 MDAC 实现方式主要有电容翻转式和电容非翻转式这两种。析 1.5bit/stage 的结构举例的电容翻转式 MDAC，如图所示 2.11。S2
【参考文献】

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本文编号：2873903