基于多相分解的時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性失真校正方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種計(jì)算復(fù)雜度低的時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性失真校正方法，該方法通過傳遞函數(shù)表示通道的頻譜特性，再映射為高階微分器的頻率響應(yīng)，再分別對(duì)構(gòu)建的微分器進(jìn)行多相分解處理，給出等效的基于多相結(jié)構(gòu)的TIADC解析模型，依據(jù)該模型從輸出信號(hào)中提取出串?dāng)_和誤差，從而完成對(duì)多通道的校正。實(shí)驗(yàn)證明，該方法對(duì)校正濾波器工作速度的要求低，并且簡單易行，補(bǔ)償效果好，對(duì)一般頻率失配誤差的校正都具有廣泛性。

Linear distortion correction method for time interleaved analog-to-digital converter based on polyphase decomposition

The invention provides a low computational complexity and time interleaved ADC linear distortion correction method, this method represents the spectrum characteristics of channel through the transfer function, and then mapped to high order differentiator frequency response, and then construct the differential polyphase decomposition, TIADC analytical model based on polyphase structure is given equivalent, according to the model extracted from the output signal and crosstalk error, thus completing the correction of multi channel. The experimental results show that the proposed method has the advantages of low requirement for correcting the working speed of the filter, and is simple and easy to operate, and the compensation effect is good.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及信號(hào)采樣與處理
，更具體地，涉及一種基于多相分解的時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性失真校正方法。
技術(shù)介紹
隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)的推廣，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADC的采樣速率以及采樣精度的要求越來越高，不僅要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有高的采樣率，還要有高的采樣精度。在實(shí)際的運(yùn)用中，對(duì)實(shí)時(shí)采樣速率以及采樣精度有極高的依賴性。然而ADC的最大采樣速率受限于它的分辨率，分辨率與采樣速率之間是一對(duì)矛盾體，高采樣速率要求較短的轉(zhuǎn)換時(shí)間，而高分辨率則要求較長的轉(zhuǎn)換時(shí)間。根據(jù)目前的IC設(shè)計(jì)工藝，要實(shí)現(xiàn)更高速的采樣速率，需要開發(fā)一種基于新結(jié)構(gòu)和新方法的ADC模塊。現(xiàn)有技術(shù)所提供的能夠?qū)崿F(xiàn)超高速采樣的系統(tǒng)就是利用時(shí)間交織(Time-interleaved)結(jié)構(gòu)的ADC系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)的ADC系統(tǒng)利用M片有著相同采樣率fs的單個(gè)ADC模塊，采用并行的結(jié)構(gòu)，每片ADC模塊以相隔1/(M*fs)的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，以達(dá)到采樣率為M*fs(總采樣率f＝M*fs)的效果。理論上，這種M通道并行交替采樣的ADC系統(tǒng)能夠使得整個(gè)系統(tǒng)的采樣率達(dá)到單個(gè)ADC模塊的M倍。但是由于制造工藝本身固有的缺點(diǎn)，不可能使得每一片ADC模塊完全一模一樣，所以必然會(huì)使得各個(gè)通道的ADC模塊之間存在失配誤差，從而嚴(yán)重降低了整個(gè)ADC系統(tǒng)的信噪比。國內(nèi)外早期在對(duì)ADC系統(tǒng)的失配進(jìn)行修正時(shí)一般是通過對(duì)前端電路的修調(diào)，通過精心布局的線路來減少失配誤差的影響。這種方法的缺點(diǎn)是隨著時(shí)間的推移，溫度的變化，電器元件的老化會(huì)使得電路的修正效果失效。為了克服這種方法的缺陷，可以利用后端處理的方法，目前，在數(shù)字后端對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行修正算法是未來發(fā)展的關(guān)鍵。然而，在數(shù)字后端進(jìn)行修正的方法同樣存在著一些問題，如復(fù)雜度高等。另外，大多數(shù)數(shù)字后端修正方法必須針對(duì)特定的誤差種類，如增益誤差、時(shí)間誤差等，限制了修正系統(tǒng)性能的提升。由于基于通道傳遞函數(shù)的校正方法能夠把任何線性濾波器的誤差的效果轉(zhuǎn)移為頻域響應(yīng)失配誤差(frequency-responsemismatcherrors)，與一般的基于增益-時(shí)移模型(gain-timingmodel)的校正方法相比，具有更優(yōu)的一般性和廣泛性。多相分解技術(shù)能夠有效降低運(yùn)算量。對(duì)于M通道的并行交替采樣的ADC結(jié)構(gòu)，應(yīng)用多相分解技術(shù)，能使各子通道的工作速率降低為原來的1/M。把多相分解的方法應(yīng)用到基于通道傳遞函數(shù)的TIADC模型上，可使各通道的濾波器以更低的工作速率工作，從而降低對(duì)設(shè)備的要求和數(shù)據(jù)處理的成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為解決以上現(xiàn)有技術(shù)的難題，提供了一種計(jì)算復(fù)雜度低的時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性失真校正方法，該方法通過傳遞函數(shù)表示通道的頻譜特性，再映射為高階微分器的頻率響應(yīng)，再分別對(duì)構(gòu)建的微分器進(jìn)行多相分解處理，給出等效的基于多相結(jié)構(gòu)的TIADC解析模型，依據(jù)該模型從輸出信號(hào)中提取出串?dāng)_和誤差，從而完成對(duì)多通道的校正。為實(shí)現(xiàn)以上專利技術(shù)目的，采用的技術(shù)方案是：一種基于多相分解的時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性失真校正方法，包括以下步驟：S1.確認(rèn)時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器的通道數(shù)M和第n通道的傳遞函數(shù)Hn(jω)，令Hn(jω)表示為：Hn(jω)=1+Σp=1Pϵn(p)(jω)p;---(1)]]>其中為誤差參數(shù)因子，p表示傳遞函數(shù)Hn(jω)的階數(shù)，(jω)p表示p階微分器的頻率響應(yīng)，p＝1…P；令表示p階微分器的頻率響應(yīng)，則式(1)可進(jìn)一步表示為：Hn(jω)=1+Σp=1Pϵn(p)HDp(ejω);]]>S2.將M個(gè)通道的傳遞函數(shù)寫成列向量的形式：H→(z)=H1(z)zH2(z)···zM-1HM(z)=d(z)+Σp=1PΔ(p)d(z)HDp(z);]]>其中S3.設(shè)計(jì)1～P階的數(shù)字微分器，并分別確定1～P階數(shù)字微分器濾波器的FIR系數(shù)；S4.對(duì)1～P階數(shù)字微分器濾波器的系數(shù)進(jìn)行多相分解，得到對(duì)應(yīng)的多相分解矩陣H′(z)，并將得到的多相分解矩陣H′(z)代入偽循環(huán)矩陣公式中，得到1～P階數(shù)字微分器分別對(duì)應(yīng)的偽循環(huán)矩陣P(zM)；S5.由于d(z)H′(z)＝P(zM)d(z)，所以可表示如下：H→(z)=H1(z)zH2(z)···zM-1HM(z)=d(z)+Σp=1PΔ(p)(d(z)HDp(z))=d(z)+Σp=1PΔ(p)(PD(p)(zM)(z))]]>S6.應(yīng)用Noble恒等式，將步驟S5的轉(zhuǎn)換為M輸入M輸出的M×M傳遞函數(shù)矩陣H(z)；H(z)=1+Σp=1PΔ(p)PD(p)(z);]]>S7.將矩陣H(z)的輸入和輸出寫成列向量的形式：X(z)=def[X0(z),X1(z),...,XM-1(z)]T;Y(z)=def[Y0(z),Y1(z),...,YM-1(z)]T;]]>則S8.對(duì)于第i通道，該通道的輸出為：其中，表示由p階微分器多相分解的得到的偽循環(huán)矩陣的第i+1行；S9.對(duì)Δ(p)中的進(jìn)行估計(jì)，估計(jì)結(jié)果為對(duì)Yi(z)進(jìn)行校正得到校正后的輸出X^i(z)=Yi(z)-Σp=1PXDi(p)(z)ϵ^n(p);]]>S10.對(duì)M個(gè)通道的輸出按照步驟S8、S9的步驟進(jìn)行校正，得到校正后的結(jié)果后進(jìn)行輸出。上述方案中，d(z)H′(z)＝P(zM)d(z)的推導(dǎo)公式如下：由于多相分解矩陣H′(z)定義式為：H′(z)=1z-1...z-(M-1)P0(zM)P1(zM)···PM-1(zM)]]>d(z)H′(z)=1z···z(M-1)1z-1...z-(M-1)P0(zM)P1(zM)···PM-1(zM)]]>其中定義為偽循環(huán)矩陣。優(yōu)選地，所述步驟S3中使用到的微分器為線性相位數(shù)字微分器。優(yōu)選地，所述步驟S3中，采用遺傳算法對(duì)微分器的FIR系數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，以匹配理想微分器的頻率響應(yīng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)提供了一種低復(fù)雜度的時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性失真校正方法，該方法通過傳遞函數(shù)表示通道的頻譜特性，再映射為高階微分器的頻率響應(yīng)，再分別對(duì)構(gòu)建的微分器進(jìn)行多相分解處理，給出等效的基于多相結(jié)構(gòu)的TIADC解析模型，依據(jù)該模型從輸出信號(hào)中提取出串?dāng)_和誤差，從而完成對(duì)多通道的校正。實(shí)驗(yàn)證明，該方法對(duì)校正濾波器工作速度的要求低，并且簡單易行，補(bǔ)償效果好，對(duì)一般頻率失配誤差的校正都具有廣泛性。附圖說明圖1為時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)模型的示意圖。圖3為基于多相分解濾波器組的交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器模型結(jié)構(gòu)圖。圖4為誤差校正的原理框圖。圖5為一階微分器的幅頻響應(yīng)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于多相分解的時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性失真校正方法，其特征在于：包括以下步驟：S1.確認(rèn)時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器的通道數(shù)M和第n通道的傳遞函數(shù)Hn(jω)，令Hn(jω)表示為：Hn(jω)=1+Σp=1pϵn(p)(jω)p;---(1)]]>其中為誤差參數(shù)因子，p表示傳遞函數(shù)Hn(jω)的階數(shù)，(jω)p表示p階微分器的頻率響應(yīng)，p＝1…P；令表示p階微分器的頻率響應(yīng)，則式(1)可進(jìn)一步表示為：Hn(jω)=1+Σp=1pϵn(p)HDp(ejω);]]>S2.將M個(gè)通道的傳遞函數(shù)寫成列向量的形式：H→(z)=H1(z)zH2(z)...zM-1HM(z)=d(z)+Σp=1PΔ(p)d(z)HDp(z);]]>其中S3.設(shè)計(jì)1～P階的數(shù)字微分器，并分別確定1～P階數(shù)字微分器濾波器的FIR系數(shù)；S4.對(duì)1～P階數(shù)字微分器濾波器的系數(shù)進(jìn)行多相分解，得到對(duì)應(yīng)的多相分解矩陣H′(z)，并將得到的多相分解矩陣H′(z)代入偽循環(huán)矩陣公式中，得到1～P階數(shù)字微分器分別對(duì)應(yīng)的偽循環(huán)矩陣P(zM)；S5.由于d(z)H′(z)＝P(zM)d(z)，所以可表示如下：H→(z)=H1(z)zH2(z)...zM-1HM(z)=d(z)+Σp=1PΔ(p)(d(z)HDp(z))=d(z)+Σp=1PΔ(p)(PD(p)(zM)d(z))]]>S6.應(yīng)用Noble恒等式，將步驟S5的轉(zhuǎn)換為M輸入M輸出的M×M傳遞函數(shù)矩陣H(z)；H(z)=I+Σp=1PΔ(p)PD(p)(z);]]>S7.將矩陣H(z)的輸入和輸出寫成列向量的形式：則S8.對(duì)于第i通道，該通道的輸出為：其中，表示由p階微分器多相分解的得到的偽循環(huán)矩陣的第i+1行；S9.對(duì)Δ(p)中的進(jìn)行估計(jì)，估計(jì)結(jié)果為對(duì)Yi(z)進(jìn)行校正得到校正后的輸出S10.對(duì)M個(gè)通道的輸出按照步驟S8、S9的步驟進(jìn)行校正，得到校正后的結(jié)果后進(jìn)行輸出。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多相分解的時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性失真校正方法，其特征在于：包括以下步驟：S1.確認(rèn)時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器的通道數(shù)M和第n通道的傳遞函數(shù)Hn(jω)，令Hn(jω)表示為：Hn(jω)=1+Σp=1pϵn(p)(jω)p;---(1)]]>其中為誤差參數(shù)因子，p表示傳遞函數(shù)Hn(jω)的階數(shù)，(jω)p表示p階微分器的頻率響應(yīng)，p＝1…P；令表示p階微分器的頻率響應(yīng)，則式(1)可進(jìn)一步表示為：Hn(jω)=1+Σp=1pϵn(p)HDp(ejω);]]>S2.將M個(gè)通道的傳遞函數(shù)寫成列向量的形式：H→(z)=H1(z)zH2(z)...zM-1HM(z)=d(z)+Σp=1PΔ(p)d(z)HDp(z);]]>其中S3.設(shè)計(jì)1～P階的數(shù)字微分器，并分別確定1～P階數(shù)字微分器濾波器的FIR系數(shù)；S4.對(duì)1～P階數(shù)字微分器濾波器的系數(shù)進(jìn)行多相分解，得到對(duì)應(yīng)的多相分解矩陣H′(z)，并將得到的多相分解矩陣H′(z)代入偽循環(huán)矩陣公式中，得到1～P階數(shù)字微分器分別對(duì)應(yīng)的偽循環(huán)矩陣P(zM)；S5.由于d(z)H′(z)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：譚洪舟，蔡彬，李宇，王江妹，農(nóng)革，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國際聯(lián)合研究院，中山大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44