基于二分查找的时间交织ADC用采样时间失配校正方法与流程

本发明涉及集成电路设计领域，具体的说是涉及时间交织模数转换器，特别是涉及一种用于时间交织模数转换器采样时间失配的校正算法。

背景技术：

模数转换器(adc)是连接模拟世界和数字世界的桥梁，它能将模拟信号量化成易于用各种数字处理技术处理的数字信号。随着数字信号处理技术和集成电路制造工艺的发展，数字电路的速度越来越快，相应的，对模数转换器转换速率的要求也越来越高。时间交织模数转换器是一种能实现高采样率的模数转换器，它采用了时间交织架构，包含m个并行工作的子通道模数转换器，每个子通道的时钟频率均为fs/m，但是相位相互错开，如图1所示，所以系统整体的采样率能达到fs。相对于单通道而言，采样率得到了成倍的增长。

但是，通道间的失调失配、增益失配、采样时间失配会使时间交织模数转换器的动态性能恶化，所以，必须采取相应的校正算法来校正上述失配。已知的一些校正算法主要分两个阶段来校正上述失配，首先是失配检测，即需要检测出存在的失配的大小；然后是失配校正，即根据检测出的失配对数据进行相应的处理，使失配值最终趋近于零。

对于采样时间失配的校正，专利cn103312329a提出了一种基于相邻通道间量化值作差的算法。该算法在检测阶段，利用相邻通道间量化值作差，得出能表征各通道采样时间失配的变量，即采样时间失配表征量bi，然后在校正阶段，将相对误差即采样时间失配表征量bi经累加和重置模块滤波消除统计误差，求和后反馈至可变延迟线调节通道采样时钟，实现采样时间失配的负反馈调节。虽然该算法能够很好地校正采样时间失配，但该算法在调节采样时间失配时采用的是线性调节的方式，所以其收敛速度与失配值的大小有关，对于较大的失配值，需要花费更多的校正周期来达到校正的目的。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是，提出一种拥有更快收敛速度的用于采样时间失配的校正算法。

本发明解决上述问题的技术方案是：

基于二分查找的时间交织adc用采样时间失配校正方法，包括以下步骤：

a：时间交织adc采样输入信号，并将其量化为数字信号；

b：定义第i个时间交织adc通道的第n个校正周期的采样时间失配校正系数为tcali(n)，tcali(1)＝0，每个校正周期中处理步骤a得到的数字信号获得时间交织adc各通道采样时间失配表征量bi，(i＝1，2，…，m)，其中m为时间交织adc的通道总数；

c：在每个校正周期中，当|bi|≥bs时，采用二分查找法和固定校正步长相结合的方法调节下一个校正周期中的采样时间失配校正系数tcali(n+1)，当|bi|<bs时，采用固定校正步长的方式调节下一个校正周期中的采样时间失配校正系数tcali(n+1)，然后将调节后的下一个校正周期的采样时间失配校正系数tcali(n+1)反馈到时间交织adc中的时钟单元，调整对应的第i个时间交织adc通道的时钟相位，使采样时间的失配不断减小，完成该校正周期中采样时间失配的校正，其中bs为无采样时间失配时|bi|的最大范围，称为采样时间失配阈值；

所述采用二分查找法和固定校正步长相结合的方法调节下一个校正周期中的采样时间失配校正系数tcali(n+1)的具体步骤为：

c1.1：bi>bs时，令其中ut(n)为本次校正周期的校正步长；ut(1)＝tmax，tmax表示时钟单元能够调节的最大时间延迟；

c1.2：bi<-bs时，令

c1.3：对于步骤c1.1和c1.2，当校正步长ut(n)达到最小精度步长utmin时，保持最小精度步长utmin的值不再改变，最小精度步长utmin＝tmin，tmin表示时钟单元能够调节的最小时间延迟，所述最小精度步长utmin即为固定校正步长；

所述采用固定校正步长的方式调节下一个校正周期中的采样时间失配校正系数tcali(n+1)的具体步骤为：

c2.1:0<bi<bs时，令tcali(n+1)＝tcali(n)-utmin；

c2.2：-bs<bi<0时，令tcali(n+1)＝tcali(n)+utmin。

具体的，所述步骤b中得到时间交织adc各通道采样时间失配表征量bi的具体步骤包括：

b1.对采集到的时间交织adc中相邻通道的数字信号输出求差，假设采集的为输入频率为fin的正弦信号x(t)，产生各通道数字输出为：y＝[y1[k],y2[k],…,ym[k]],(k＝1,2,…,p)，其中m为时间交织adc的通道总数，p表示单通道采样点数，则对相邻通道adc数字输出求差为：

b2.对得到的差值ei[k]的绝对值求和取平均得到ai，ai表征为相邻通道adc间的采样时间间隙，

b3.对所有的ai求和取平均得到表征为相邻通道adc间的标准采样时间间隙；

b4.对所有的ai与作差，得到：bi为相邻通道adc间采样时间间隙与标准采样时间间隙的相对误差，即各通道采样时间失配表征量。

具体的，所述采样时间失配阈值bs通过在无采样时间失配的情况下对|bi|进行多次测试统计得到。

本发明的有益效果为：采用二分查找法校正采样时间失配的算法来逐渐逼近采样时间失配，极大的缩短了校正周期；采用固定校正步长的校正算法，也保证了本发明提供的算法的的校正精度。

附图说明

图1为时间交织adc原理框图

图2为本发明提供的基于二分查找的时间交织adc用采样时间失配校正方法的流程图

图3为校正前的输出信号频谱

图4为校正后的输出信号频谱

图5为采用本发明中的算法后采样时间失配的收敛情况

图6为采用固定步长的校正算法后采样时间失配的收敛情况

图7为不同采样时间失配情况下固定步长的校正算法和实施例中的算法对应的校正周期

具体实施方式

为了具体的描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例以双通道时间交织adc为例，并且只考虑存在采样时间失配，其他失配不考虑，详细步骤如下：

1、频率为fin的正弦信号x(t)为时间交织adc的输入信号，adc的采样频率为fs(0<fin<fs/2)，y1[k]和y2[k](k＝1,2,…n)分别为两个通道的量化值，其中n表示量化点数。

2、对相邻通道的量化值作差，令ai为ei的均值，代表通道间的实际采样时间间隙，则

3、令表示通道间标准采样时间间隙。

4、将所有的ai与作差，得到采样时间失配表征量bi，即

5、当|bi|≥bs时，采用二分查找法和固定校正步长相结合的方法调节下一个校正周期中的采样时间失配校正系数tcali(n+1)，当|bi|<bs时，采用固定校正步长的方式调节下一个校正周期中的采样时间失配校正系数tcali(n+1)，然后将调节后的下一个校正周期的采样时间失配校正系数tcali(n+1)反馈到时间交织adc中的时钟单元，调整对应的第i个时间交织adc通道的时钟相位，使采样时间的失配不断减小，完成该校正周期中采样时间失配的校正，其中bs为无采样时间失配时|bi|的最大范围，称为采样时间失配阈值；

所述采用二分查找法和固定校正步长相结合的方法调节下一个校正周期中的采样时间失配校正系数tcali(n+1)的具体步骤为：

1.1：bi>bs时，说明当前通道的采样时钟相位相对于理想的时钟相位存在一个相位延迟，则应当提前当前通道的采样时钟相位，令其中ut(n)为本次校正周期的校正步长；ut(1)＝tmax，tmax表示时钟单元能够调节的最大时间延迟；

1.2：bi<-bs时，说明当前通道的采样时钟相位相对于理想的时钟相位存在一个相位提前，则应当延迟当前通道的采样时钟相位，令可以看出，当前对tcali的调整值的大小为前一次校正步长ut(n)的值的一半，所以，该方法又被称为二分查找法。

1.3：对于步骤c1.1和c1.2，随着校正的进行，校正步长ut(n)不断缩小，最终会减小到最小精度步长utmin，此时步长不能再继续减小了，所以保持校正步长为最小精度步长utmin不变继续校正，最小精度步长utmin＝tmin，tmin表示时钟单元能够调节的最小时间延迟，所述最小精度步长utmin即为固定校正步长；

所述采用固定校正步长的方式调节下一个校正周期中的采样时间失配校正系数tcali(n+1)的具体步骤为：

2.1:0<bi<bs时，令tcali(n+1)＝tcali(n)-utmin；

2.2：-bs<bi<0时，令tcali(n+1)＝tcali(n)+utmin。

6、重复步骤2到步骤5，通道间的采样时间失配也会逐渐趋于0，这样就达到了校正采样时间失配的目的。

因为每次对tcali调整的值的大小为前一次tcali值的一半，所以校正的初始阶段，失配能够较快的收敛，近似于动态步长的收敛方式。随着校正的进行，失配逐渐缩小，校正步长也减小到最小精度步长并保持不变，从而恢复成固定步长校正，保证了校正精度。

对上述实施例进行matlab建模分析，图3和图4分别表示校正前和校正后输出信号频谱，从图中可以看出，校正后，有效位(enob)提高了5.18db，无杂散动态范围(sfdr)提高了47.21db。图5和图6分别表示采用实施例中的校正算法和采用固定步长的校正算法采样时间失配的收敛情况，从图中可以看出，在保证校正精度的同时，当采用实施例中的校正算法时，需要12个校正周期采样时间失配就能收敛稳定，而采用固定步长的校正算法，则需要180个校正周期，所以本发明的校正算法拥有更快的收敛速度。并且，在不同的采样时间失配情况下，采用固定步长的校正算法，需要的校正周期数与失配大小成正比，而采用实施例中的校正算法时，都是只需要12个校正周期采样时间失配就能收敛稳定，如图7所示，横轴表示失配值的大小占采样周期的百分比，纵轴表示采用不同的校正算法需要的校正周期数，两条曲线的对比再次印证了实施例中校正算法在收敛速度上具有极大的优势。