TIADC系统校准算法研究与实现

发布时间：2017-11-05 01:24

  本文关键词：TIADC系统校准算法研究与实现

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【摘要】：数据采集系统在通信、仪器及雷达等电子系统中均有着广泛的应用。为满足对复杂宽带信号进行实时捕获及处理的要求,有必要研发更高性能的数据采集系统。采样率是数据采集系统中最重要的指标之一。采样率越高,所能分析的信号带宽就越宽,采样点之间间隔就越小,越能更好的重现被采样信号。而模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)的转换速率直接决定了数据采集系统的采样率。近年来,随着集成电路工艺的发展,ADC的采样率已经有了很大的提高,但仍然不能满足实际系统的要求。在目前的条件下,时间交替采样技术是提高采样率、保证采样性能的最可行方法之一,能够有效突破单片ADC芯片转换速率对采集系统采样率的限制,实现超高速数据采集系统。采用时间交替采样技术的ADC系统被称为TIADC(Time-interleaved ADC)系统。虽然TIADC系统提高了采样率,但由于多片ADC之间非一致性、采样时间间隔非均匀等因素带来的偏置误差、增益误差及时间误差却限制了TIADC系统的性能。TIADC系统误差会导致时域波形失真,引入误差频谱,降低系统的信噪比,从而影响对被采样信号的重构和准确分析。而准确的重构被测信号、获得被测信号时域及频域的特征是测试仪器的基本要求。本人致力于基于TIADC的超高采样率数字存储示波器的设计与实现,因此,为了降低误差对示波器性能的影响,如何对TIADC系统中的误差进行估计和校准就成为了本论文的研究重点。结合攻读博士期间参与的国家自然科学基金等实际项目,从以下方面展开工作:1、根据TIADC的结构和原理,建立TIADC系统模型。根据工程实践中TIADC系统的可能实现方式,总结了实际TIADC系统中的误差来源。推导存在误差时的TIADC输出频谱特性,以任意信号作为输入,对两通道TIADC中误差影响进行了分析,有别于传统的正弦信号输入分析。给出了误差对TIADC系统性能影响的计算公式,以指导实际TIADC系统的设计。2、提出了两种TIADC系统误差估计算法。基于正弦拟合的误差估计算法利用三参数正弦拟合算法得到TIADC中各通道的偏置、增益及相位,进一步求取误差,相比于现有文献提出的利用插值获取各通道标准输出,再利用最小二乘拟合进行误差估计的算法而言,无需插值即可直接获得误差,计算量更小。基于数据统计的算法则利用采样数据的平均值、绝对值求和及采样数据乘积等统计信息来求取TIADC误差,算法无需大量浮点数运算,简单且容易在实际系统实现。3、将拉格朗日插值用于校准时间误差,给出了在具体系统中能够实现的插值滤波器结构并推导了拉格朗日插值滤波器的系数。提出了基于数据乘积的时间误差自适应校准方法,时间误差调节步进的计算相比现有算法更容易。从频域上特征考虑,提出了一种基于FFT的时间误差自适应校准算法,利用成功失败法求取时间误差可能区间,再利用二次插值计算调节步进,算法收敛速度优于现有的大部分自适应校准算法。4、基于TIADC架构,成功研发了20GSPS数字示波器。根据系统对时钟的要求,设计了低抖动、相位可调的高速采样时钟电路。对TIADC系统中多片ADC之间的数据同步问题进行深入研究,分析了影响同步的因素,并给出了多ADC间数据同步的解决方案。利用上述的误差估计和校准算法对系统校准,提高了系统的性能。提出了一种无缝采集的方法,解决了高速TIADC系统中高采样率下高速数据的实时处理问题。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN792

【参考文献】

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1 李玉生;安琪;;基于滤波器组并行交替型ADC系统通道失配误差的分析[J];中国科学技术大学学报;2006年09期

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本文编号：1142001