TIADC系統(tǒng)校準(zhǔn)算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在通信、儀器及雷達(dá)等電子系統(tǒng)中均有著廣泛的應(yīng)用。為滿足對(duì)復(fù)雜寬帶信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)捕獲及處理的要求，有必要研發(fā)更高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采樣率是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中最重要的指標(biāo)之一。采樣率越高，所能分析的信號(hào)帶寬就越寬，采樣點(diǎn)之間間隔就越小，越能更好的重現(xiàn)被采樣信號(hào)。而模數(shù)轉(zhuǎn)換器（analog-to-digital converter，ADC）的轉(zhuǎn)換速率直接決定了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣率。近年來(lái)，隨著集成電路工藝的發(fā)展，ADC的采樣率已經(jīng)有了

2、很大的提高，但仍然不能滿足實(shí)際系統(tǒng)的要求。在目前的條件下，時(shí)間交替采樣技術(shù)是提高采樣率、保證采樣性能的最可行方法之一，能夠有效突破單片ADC芯片轉(zhuǎn)換速率對(duì)采集系統(tǒng)采樣率的限制，實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
　　采用時(shí)間交替采樣技術(shù)的ADC系統(tǒng)被稱為TIADC（Time-interleaved ADC）系統(tǒng)。雖然TIADC系統(tǒng)提高了采樣率，但由于多片ADC之間非一致性、采樣時(shí)間間隔非均勻等因素帶來(lái)的偏置誤差、增益誤差及時(shí)間誤差卻限制了T

3、IADC系統(tǒng)的性能。TIADC系統(tǒng)誤差會(huì)導(dǎo)致時(shí)域波形失真，引入誤差頻譜，降低系統(tǒng)的信噪比，從而影響對(duì)被采樣信號(hào)的重構(gòu)和準(zhǔn)確分析。而準(zhǔn)確的重構(gòu)被測(cè)信號(hào)、獲得被測(cè)信號(hào)時(shí)域及頻域的特征是測(cè)試儀器的基本要求。本人致力于基于TIADC的超高采樣率數(shù)字存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，因此，為了降低誤差對(duì)示波器性能的影響，如何對(duì)TIADC系統(tǒng)中的誤差進(jìn)行估計(jì)和校準(zhǔn)就成為了本論文的研究重點(diǎn)。結(jié)合攻讀博士期間參與的國(guó)家自然科學(xué)基金等實(shí)際項(xiàng)目，從以下方面展開工作：

4、
　　1、根據(jù)TIADC的結(jié)構(gòu)和原理，建立TIADC系統(tǒng)模型。根據(jù)工程實(shí)踐中TIADC系統(tǒng)的可能實(shí)現(xiàn)方式，總結(jié)了實(shí)際TIADC系統(tǒng)中的誤差來(lái)源。推導(dǎo)存在誤差時(shí)的TIADC輸出頻譜特性，以任意信號(hào)作為輸入，對(duì)兩通道TIADC中誤差影響進(jìn)行了分析，有別于傳統(tǒng)的正弦信號(hào)輸入分析。給出了誤差對(duì)TIADC系統(tǒng)性能影響的計(jì)算公式，以指導(dǎo)實(shí)際TIADC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　2、提出了兩種 TIADC系統(tǒng)誤差估計(jì)算法。基于正弦擬合的誤差估計(jì)算法

5、利用三參數(shù)正弦擬合算法得到TIADC中各通道的偏置、增益及相位，進(jìn)一步求取誤差，相比于現(xiàn)有文獻(xiàn)提出的利用插值獲取各通道標(biāo)準(zhǔn)輸出，再利用最小二乘擬合進(jìn)行誤差估計(jì)的算法而言，無(wú)需插值即可直接獲得誤差，計(jì)算量更小?；跀?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的算法則利用采樣數(shù)據(jù)的平均值、絕對(duì)值求和及采樣數(shù)據(jù)乘積等統(tǒng)計(jì)信息來(lái)求取TIADC誤差，算法無(wú)需大量浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，簡(jiǎn)單且容易在實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
　　3、將拉格朗日插值用于校準(zhǔn)時(shí)間誤差，給出了在具體系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)的插值濾波

6、器結(jié)構(gòu)并推導(dǎo)了拉格朗日插值濾波器的系數(shù)。提出了基于數(shù)據(jù)乘積的時(shí)間誤差自適應(yīng)校準(zhǔn)方法，時(shí)間誤差調(diào)節(jié)步進(jìn)的計(jì)算相比現(xiàn)有算法更容易。從頻域上特征考慮，提出了一種基于 FFT的時(shí)間誤差自適應(yīng)校準(zhǔn)算法，利用成功失敗法求取時(shí)間誤差可能區(qū)間，再利用二次插值計(jì)算調(diào)節(jié)步進(jìn)，算法收斂速度優(yōu)于現(xiàn)有的大部分自適應(yīng)校準(zhǔn)算法。
　　4、基于 TIADC架構(gòu)，成功研發(fā)了20GSPS數(shù)字示波器。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)時(shí)鐘的要求，設(shè)計(jì)了低抖動(dòng)、相位可調(diào)的高速采樣時(shí)鐘電路。對(duì)T