高速TIADC并行采樣系統(tǒng)綜合校正技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代電子信號(hào)復(fù)雜性、特別是寬帶和非平穩(wěn)特性的增長(zhǎng)極為迅速，以掃頻為主的頻域測(cè)試儀器從測(cè)量原理上難以滿足寬帶、瞬態(tài)信號(hào)的實(shí)時(shí)測(cè)試要求。以數(shù)字示波器為代表的、基于實(shí)時(shí)采樣的時(shí)域儀器正在成為現(xiàn)代電子測(cè)試技術(shù)的主流發(fā)展趨勢(shì)，孕育著電子儀器體系和測(cè)量方法的重要變革。高速率高精度采樣已經(jīng)成為現(xiàn)代時(shí)域測(cè)試儀器的瓶頸問(wèn)題。采樣速率、采樣精度越高，可采集的模擬信號(hào)帶寬越寬，對(duì)信號(hào)的還原能力越強(qiáng)。雖然近幾年單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器件（ADC）的采樣速率有了很大提高，

2、仍然難以同時(shí)兼顧高速與高精度。ADC時(shí)間交替（TIADC）并行采樣技術(shù)是在現(xiàn)有器件條件下，最大限度提高實(shí)時(shí)采樣率，并保持采集精度的最有效方法之一，可以突破ADC以及相關(guān)器件工作速度的限制，實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。然而，TIADC并行采樣技術(shù)依賴于各通道間參數(shù)的精確匹配。由于各通道ADC之間的增益和偏置難以達(dá)到嚴(yán)格一致，各通道間的采樣時(shí)鐘相位延時(shí)也難以準(zhǔn)確無(wú)偏，這將導(dǎo)致采樣信號(hào)非均勻，嚴(yán)重降低了系統(tǒng)性能。如何使用數(shù)字信號(hào)處理方法實(shí)現(xiàn)通道失

3、配誤差的估計(jì)和校正是本文的研究重點(diǎn)。結(jié)合攻讀博士學(xué)位期間參與的國(guó)家自然科學(xué)基金研究項(xiàng)目，著眼于寬帶并行采樣數(shù)字存儲(chǔ)示波器等高性能時(shí)域測(cè)試儀器實(shí)現(xiàn)技術(shù)，本文主要從如下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究：
　　 ⑴TIADC并行采樣系統(tǒng)行為模型的建立。根據(jù)TIADC并行采樣系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理，建立了基于Matlab的TIADC采樣系統(tǒng)行為模型，深入分析了系統(tǒng)誤差來(lái)源和非均勻信號(hào)頻譜特性，推導(dǎo)了性能指標(biāo)的計(jì)算公式，給出了通道失配誤差對(duì)ADC系統(tǒng)性能

4、的影響。指導(dǎo)并行采樣性能的分析以及非均勻誤差估計(jì)和校正算法的設(shè)計(jì)。
　　 ⑵通道失配盲估計(jì)方法。根據(jù)通道采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，分別提出了基于迭代盲估計(jì)和極大似然估計(jì)的時(shí)基誤差估計(jì)算法。研究了通道失配誤差的特點(diǎn)，建立了通道失配誤差自適應(yīng)綜合估計(jì)模型，分別給出了頻域和時(shí)域自適應(yīng)估計(jì)算法。其中，針對(duì)不同的應(yīng)用情況，基于時(shí)域的自適應(yīng)綜合估計(jì)算法又分為線性插值（Linear Interpolation，LI）估計(jì)和分?jǐn)?shù)延時(shí)（Fraction

5、al Delay，F(xiàn)D）估計(jì)兩種估計(jì)算法。應(yīng)用自適應(yīng)算法，綜合考慮三種誤差的影響，一次性實(shí)現(xiàn)三種通道失配誤差的估計(jì)。
　　 ⑶非均勻信號(hào)綜合重構(gòu)方法。首先，給出了離散Fourier變換多通道分解方法，通過(guò)較少的運(yùn)算量實(shí)現(xiàn)了基于頻域的多通道時(shí)基誤差頻譜重構(gòu)算法。其次，基于LI重構(gòu)和FD重構(gòu)，提出了兩種時(shí)域綜合校正算法，同時(shí)解決幅度和時(shí)基非均勻校正問(wèn)題，提高了系統(tǒng)性能，并對(duì)比了兩種算法的校正效果，討論了兩種算法的適用情況，評(píng)價(jià)了校正

6、前后的系統(tǒng)性能指標(biāo)。提出了新的FD濾波器約束準(zhǔn)則，給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　 ⑷實(shí)際2GSa/s雙通道TIIADC并行采集系統(tǒng)驗(yàn)證。給出了應(yīng)用兩片ADC（AT84AD001:1GSa/s、8Bit）實(shí)現(xiàn)一套雙通道、采樣率為2GSa/s的高速TIADC并行采樣數(shù)字存儲(chǔ)示波器系統(tǒng)實(shí)例；利用數(shù)字后端處理系統(tǒng)，基于FPGA實(shí)現(xiàn)了經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的FD濾波器，以及通道失配誤差綜合校正；分別對(duì)頻率為10MHz和150MHz的正弦信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)