基于LMS自适应滤波技术的双通道时间交织Pipeline ADC的设计

发布时间：2017-10-04 12:20

  本文关键词：基于LMS自适应滤波技术的双通道时间交织Pipeline ADC的设计

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【摘要】：自然界中存在的信号大部分都是模拟信号,需要经过ADC将模拟信号转换成对应的数字信号,然后输入到相应的信号处理模块中才能进行处理。ADC设计主要考虑速度和精度的问题,按照使用环境的不同,对速度和精度的要求也各不相同。流水线ADC作为一种中速中精度的ADC能够实现速度和精度很好的折衷,在达到较高分辨率的同时,能够实现较高的速度。速度和精度是相互制约关系,二者不能无限提高。在保证一定精度的条件下,速度存在极限值。这时,可以采用多通道交替采样的结构提高速度。多通道结构提高速度的同时,会因为通道间的不匹配引入失配误差,影响最终输出结果的精度。为保证结果精度,需要对ADC的输出结果进行数字域的校正。本文基于CMOS Smic90nm工艺设计了一款精度为12bit,速度为100MHz的单通道PipelineADC。输入1MHz的正弦波,得到信号的无杂散动态范围为71dB,信噪失真比为66dB,得到的有效位数为10.68位。然后,以设计的单通道PipelineADC为基础,采用两路交替采样的形式,就可以将采样频率提高到200MHz。本文分析了时间交织结构由于失配产生的误差,并在设计的电路中人为加入失配,仿真观察由于失配引入的谐波误差,最终,ADC的信噪失真比相较于无失配的情况会下降。为消除失配误差,采用LMS自适应滤波技术,将ADC输出结果在数字域进行校正,得到的输出信号有效位数比未校正前提高了2.5位。在设计LMS数字滤波模块时,对实现的精度和电路硬件资源的消耗进行了折衷比较,最终选择了合适的实现方式,能够同时实现较高的校正精度和较小的硬件资源消耗。最终,达到本文设计的要求。最后,对于关键路径较长问题,进行了探讨,讨论了几种可以缩短关键路径的方法。
【关键词】：流水线 双通道时间交织 自适应滤波 有效位数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN792;TN713
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题来源及研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 本文的主要研究内容11-13
• 第2章 单通道Pipeline ADC的设计13-41
• 2.1 引言13
• 2.2 单通道Pipeline ADC的工作原理和结构13-14
• 2.3 单通道Pipeline ADC行为级建模14-21
• 2.3.1 子流水级的行为级建模及仿真14-18
• 2.3.2 时钟抖动与延迟的行为级建模18-19
• 2.3.3 其他模块的行为级建模19-20
• 2.3.4 单通道Pipeline ADC整体行为级建模20-21
• 2.4 单通道Pipeline ADC电路级设计21-40
• 2.4.1 SubADC的设计实现22-29
• 2.4.2 MDAC的设计29-35
• 2.4.3 译码电路的设计35-36
• 2.4.4 子流水级仿真36-38
• 2.4.5 其他模块的设计38
• 2.4.6 Pipeline ADC整体电路仿真38-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 双通道时间交织Pipeline ADC的设计41-51
• 3.1 引言41
• 3.2 时间交织Pipeline ADC的工作原理和结构41-42
• 3.3 时间交织ADC误差分析42-45
• 3.3.1 失调失配的影响42-44
• 3.3.2 增益失配的影响44
• 3.3.3 采样时刻偏差的影响44-45
• 3.4 双通道时间交织Pipeline ADC行为级建模45-48
• 3.4.1 行为级建模45-46
• 3.4.2 失配误差的行为级仿真46-48
• 3.5 双通道时间交织Pipeline ADC的电路级设计48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 数字校正模块的设计51-60
• 4.1 引言51
• 4.2 时间交织ADC失配的校正方法51-52
• 4.3 LMS自适应滤波数字后台校正52-58
• 4.3.1 插值滤波模块52-53
• 4.3.2 LMS自适应滤波模块53-57
• 4.3.3 DC综合57-58
• 4.4 速度、精度及硬件资源分析58-59
• 4.4.1 精度和硬件资源58-59
• 4.4.2 速度59
• 4.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67

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