一种基于LPTV的开关电容模拟信息转换器设计

发布时间：2021-09-06 00:25

　　模拟信息转换器（analog-to-information converter, AIC）以低于Nyquist率的采样率成为下一代模拟数字转换器的核心技术。模拟信息转换器采用随机解调模块处理输入数据,系统存在典型的时变特性,从而导致理论模型与实际电路模型失配。针对该问题,以开关电容作为AIC的核心部件,利用线性周期时变（linear periodically time-variant, LPTV）理论将周期时变的AIC系统转换为线性时不变系统,推导其系统传输函数,从而建立了AIC理论模型的电路设计方法。实验证明,该电路设计方法使理论的系统传输函数与实际电路的系统传输函数很好的匹配,充分验证了该设计方案的有效性。重构结果表明该电路可以将采样速率降低到原有奈奎斯特率的25%,重构信号的信噪比最高可达39.7 dB。 

【文章来源】：电子测量与仪器学报. 2020,34(05)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

AIC-RD的系统框图

本文的随机解调观测矩阵电路设计如图2所示,电路结构主要分为4个部分,输入信号vin(t)属于输入信号,输出信号vym(t)是输出的离散时间信号。第1部分由开关SPN1、SPN2与一级采样电容CH1、CH2组成。开关SPN1、SPN2由伪随机序列PN控制,PN序列为1时,开关SPN1导通,PN序列为-1时,开关SPN2导通。第2部分由开关SR1、SR2、SR3、SR4与二级压缩电容CR1、CR2与CR3、CR4组成,开关SR1、SR2、SR3、SR4的控制信号由PN伪随机序列与频率为2RHz的方波逻辑与产生,此部分实现对输入信号的压缩。第3部分主要包括开关SW1、SW2、SZ1、SZ2与保持电容CO1与CO2,此部分主要负责将压缩后的信号采集输出以及对压缩电容电压清零。第4部分由减法器与开关S组成,减法器实现对信号的调制,开关S的工作频率为RHz,实现对保持电容的清零。1)电路工作状态分析

为简化分析,假设伪随机PN为周期方波,当压缩比为2时,整个电路的状态分为8个状态,整体电路的开关控制波形如图3所示,各个开关工作状态下的电路工作流程如图4所示。(1)状态1(t0～t1),开关SPN2与SR3处于导通状态,输入电压通过开关导通电阻向采样电容CH1与压缩电容CR3充电;开关SW2导通,将上一周期储存在压缩电压CR2与CR4的值输出到保持电容CO1与CO2上。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压缩感知的模拟信息转换器设计[J]. 陈科帆,孙彪,马书根.  传感器与微系统. 2018(11)
[2]压缩感知在超宽带雷达成像中的应用[J]. 黄琼,屈乐乐,吴秉横,方广有.  电波科学学报. 2010(01)

硕士论文
[1]一种基于压缩感知的降采样模拟信息转换器研究与设计[D]. 吴凡.华中科技大学 2015
[2]基于随机解调的压缩采样与波形重构的实现[D]. 吴浩.电子科技大学 2013



本文编号：3386361