時間交替采集系統(tǒng)通道失配誤差校準及帶寬擴展方法研究.pdf

1、數(shù)據(jù)采集設(shè)備作為混合信號處理系統(tǒng)中的重要組成單元，是連接真實的模擬世界和虛擬的數(shù)字世界之間的唯一橋梁，是支撐現(xiàn)代信號處理的基石。隨著測量頻譜寬度和瞬時動態(tài)范圍的不斷提升，對數(shù)據(jù)采集設(shè)備的采樣速度和采樣精度提出了更高的要求。但受到制備工藝和制造材料的限制，單個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter, ADC)的速度和精度已無法滿足日益增長的應用需求。在現(xiàn)有芯片的條件下，如何進一步提升數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能指標成為一

2、個亟待解決的問題。時間交替模數(shù)轉(zhuǎn)換（Time-Interleaved ADCs, TI-ADCs)系統(tǒng)利用多個低速ADC并行交錯采樣能夠?qū)⒉蓸铀俣纫酝ǖ罃?shù)量等比例提升，突破現(xiàn)有芯片性能的制約。然而，TI-ADCs系統(tǒng)的動態(tài)性能對通道間失配誤差極為敏感，任何微小的失配都會引起嚴重的動態(tài)性能惡化。此外TI-ADCs的另一個局限是其模擬帶寬并不能如采樣速率一樣隨通道數(shù)量成比例提升，而是受單個ADC的限制。本文針對TI-ADCs系統(tǒng)中通道失配誤

3、差的估計和補償問題以及模擬帶寬的數(shù)字擴展技術(shù)展開研究，主要工作如下：
　　第2章研究了 TI-ADCs系統(tǒng)模型和失配誤差影響，推導并驗證了失配誤差強度和系統(tǒng)動態(tài)性能之間的定量關(guān)系，此結(jié)果能夠為TI-ADCs系統(tǒng)確定誤差容限，為系統(tǒng)設(shè)計和非線性失配校準算法提供精度參考標準。
　　第3章研究了 TI-ADCs非線性失配誤差的校準方法，分別提出了一種前向校準算法和一種自適應盲校準算法。其中，前向校準算法利用訓練信號估計失配參數(shù)進而

4、利用數(shù)字級聯(lián)補償結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)性能，仿真表明，算法能夠有效抑制非線性失配諧波對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。該算法在達到相同校準精度的前提下，相比將單通道ADC非線性誤差優(yōu)化算法簡單擴展至M通道TI-ADCs顯著降低了計算復雜度。其次，提出了一種自適應盲校準算法以滿足對時變非線性失配誤差的優(yōu)化，算法借助于一定比例的過采樣以獲取失配諧波分量，利用最小均方算法完成對失配參數(shù)的自適應跟蹤。算法利用離散傅里葉級數(shù)將M周期的非線性失配誤差轉(zhuǎn)換為M個與時間不相

5、關(guān)的失配系數(shù)，從而能夠顯著提升模擬頻帶利用率。利用失配鏡像之間的復共軛關(guān)系對M通道的自適應校準結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。通過仿真驗證了算法在不同輸入信號和不同失配強度下的校準性能。
　　第4章針對線性失配誤差與非線性失配誤差共存的情況，提出并驗證了一種聯(lián)合盲校準算法。該算法利用一定比例的過采樣和自適應濾波結(jié)構(gòu)實現(xiàn)混合失配誤差的自適應校準，仿真結(jié)果表明，相比利用現(xiàn)有算法處理線性與非線性失配，該算法能夠?qū)崿F(xiàn)更顯著的動態(tài)性能提升。針對寬帶TI-A

6、DCs系統(tǒng)中失配誤差與輸入頻率的相關(guān)性，進一步將聯(lián)合校準算法擴展至頻率相關(guān)的混合失配應用場景。通過仿真驗證了算法在不同失配模型，輸入信號以及失配強度下的對混合失配誤差的優(yōu)化能力。
　　第5章提出了一種基于最小二乘FIR濾波器的帶寬擴展方法，首次提出并驗證了最小二乘準則下的濾波器階數(shù)估計函數(shù)，在此基礎(chǔ)上給出了詳細的濾波器設(shè)計參數(shù)配置方法，從而能夠有效地縮短設(shè)計時間，并為頂層系統(tǒng)設(shè)計提供準確的資源配置參考。針對不同應用場景的需求，本文