TIADC系統(tǒng)校準算法研究與實現.pdf

1、數據采集系統(tǒng)在通信、儀器及雷達等電子系統(tǒng)中均有著廣泛的應用。為滿足對復雜寬帶信號進行實時捕獲及處理的要求，有必要研發(fā)更高性能的數據采集系統(tǒng)。采樣率是數據采集系統(tǒng)中最重要的指標之一。采樣率越高，所能分析的信號帶寬就越寬，采樣點之間間隔就越小，越能更好的重現被采樣信號。而模數轉換器（analog-to-digital converter，ADC）的轉換速率直接決定了數據采集系統(tǒng)的采樣率。近年來，隨著集成電路工藝的發(fā)展，ADC的采樣率已經有了

2、很大的提高，但仍然不能滿足實際系統(tǒng)的要求。在目前的條件下，時間交替采樣技術是提高采樣率、保證采樣性能的最可行方法之一，能夠有效突破單片ADC芯片轉換速率對采集系統(tǒng)采樣率的限制，實現超高速數據采集系統(tǒng)。
　　采用時間交替采樣技術的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、采樣時間間隔非均勻等因素帶來的偏置誤差、增益誤差及時間誤差卻限制了T

3、IADC系統(tǒng)的性能。TIADC系統(tǒng)誤差會導致時域波形失真，引入誤差頻譜，降低系統(tǒng)的信噪比，從而影響對被采樣信號的重構和準確分析。而準確的重構被測信號、獲得被測信號時域及頻域的特征是測試儀器的基本要求。本人致力于基于TIADC的超高采樣率數字存儲示波器的設計與實現，因此，為了降低誤差對示波器性能的影響，如何對TIADC系統(tǒng)中的誤差進行估計和校準就成為了本論文的研究重點。結合攻讀博士期間參與的國家自然科學基金等實際項目，從以下方面展開工作：

4、
　　1、根據TIADC的結構和原理，建立TIADC系統(tǒng)模型。根據工程實踐中TIADC系統(tǒng)的可能實現方式，總結了實際TIADC系統(tǒng)中的誤差來源。推導存在誤差時的TIADC輸出頻譜特性，以任意信號作為輸入，對兩通道TIADC中誤差影響進行了分析，有別于傳統(tǒng)的正弦信號輸入分析。給出了誤差對TIADC系統(tǒng)性能影響的計算公式，以指導實際TIADC系統(tǒng)的設計。
　　2、提出了兩種 TIADC系統(tǒng)誤差估計算法。基于正弦擬合的誤差估計算法

5、利用三參數正弦擬合算法得到TIADC中各通道的偏置、增益及相位，進一步求取誤差，相比于現有文獻提出的利用插值獲取各通道標準輸出，再利用最小二乘擬合進行誤差估計的算法而言，無需插值即可直接獲得誤差，計算量更小?；跀祿y(tǒng)計的算法則利用采樣數據的平均值、絕對值求和及采樣數據乘積等統(tǒng)計信息來求取TIADC誤差，算法無需大量浮點數運算，簡單且容易在實際系統(tǒng)實現。
　　3、將拉格朗日插值用于校準時間誤差，給出了在具體系統(tǒng)中能夠實現的插值濾波

6、器結構并推導了拉格朗日插值濾波器的系數。提出了基于數據乘積的時間誤差自適應校準方法，時間誤差調節(jié)步進的計算相比現有算法更容易。從頻域上特征考慮，提出了一種基于 FFT的時間誤差自適應校準算法，利用成功失敗法求取時間誤差可能區(qū)間，再利用二次插值計算調節(jié)步進，算法收斂速度優(yōu)于現有的大部分自適應校準算法。
　　4、基于 TIADC架構，成功研發(fā)了20GSPS數字示波器。根據系統(tǒng)對時鐘的要求，設計了低抖動、相位可調的高速采樣時鐘電路。對T