信号输出的功能，输入信号首先要经过信号观测即压缩采样 的过程，误差估计模块会根据实际电路结构选择误差模型，对信号误差进行估计，信号校准 模块根据观测信号和估计的误差对信号进行校准，最后经过校准的信号会送入到信号恢复 模块，完成信号恢复，即得到系统要实现的数字信号输出。
[0033] 采样量化电路系统结构实现如图4所示，待处理的模拟信号会输入到并行的N个随 机米样支路中，每一支路的核心模块为一个模拟积分器，各积分器前后各有两个受控开关， 前一个开关为随机采样开关，后一个为采样积分结果输出控制开关。每一个随机采样开关 的通断都受随机采样控制信号发生器产生的控制信号控制，进一步，配合积分器可实现积 分系数的控制，多路并行及实现了受随机采样信号控制的随机采样矩阵。采样积分结果输 出控制开关受输出时钟产生的时钟控制信号控制，根据整体时序及逻辑，依次将每一支路 的采样积分结果输入到量化器中，量化器则将各采样结果量化成数字信号输出。
[0034]误差估计和信号校准可通过对信号误差的估计有效消除部分由于采样量化电路 带来的信号误差。根据采样量化电路结构的不同，误差模型及估计方法不尽相同，需要考虑 的误差包括量化误差、电容失配、工艺偏差、系统噪声等。信号恢复的本质是利用信号的稀 疏性，用较少的观测信号实现对原始信号的恢复，数学意义上是解一个欠定方程组，可应用 凸优化等方法进行求解，目前有较多公开的算法，可根据系统要求选择使用。
[0035] 以下结合一个附图及一个完整的模数转换器系统实现样例，对本发明提出的压缩 采样模数转换器详细说明如下：
[0036] 整体的信号处理流程如图3所示，输入信号首先要经过信号观测即压缩采样的过 程，误差估计模块会根据实际电路结构选择误差模型，对信号误差进行估计，信号校准模块 根据观测信号和估计的误差对信号进行校准，最后经过校准的信号会送入到信号恢复模 块，完成信号恢复，即得到系统要实现的数字信号输出。
[0037] 信号观测及压缩采样环节为电路实现，具体结构如图4所示，设定并行随机采样支 路数为N，信号压缩比为R，那么信号积分周期即采样积分信号帧长M = N*R，受控采样开关以 及采样控制信号发生器的时钟频率等同于采样信号的Nyquist采样频率fs，量化器以及输 出时钟的时钟控制信号频率为fs/R。
[0038] 实际电路实现中对于量化器以及积分器没有特定要求，可根据系统整体实现需求 选择现成的模块或产品，积分器两端的受控开关也选择通用受控开关结构即可。随机采样 控制信号发生器和输出控制信号发生器分别产生控制信号，其中随机采样控制信号发生器 为每一支路产生不同的随机序列(序列1~N)，每一段序列长度等于每一帧采样信号长度M， 序列中的值控制采样开关通断实现随机采样，输出时钟产生的时钟控制信号使得各支路在 完成积分之后将结果依次输入到量化器中，需要保证时序的正确性，避免冲突。
[0039] -个具体电路实现中各主要模块可进行如下选择，随机采样控制信号发生器可选 择一个通用的M序列发生器，M序列发生器产生的随机序列作为控制信号，受控开关及模拟 积分器模块选用一个全差分受控开关电容积分器，如图5所不，为实现积分结果依次输入到 量化器，在积分器后接一个乒乓式模拟电压寄存器，实现积分结果的受控依次输出，如图6 所示，量化器选用通用的逐次逼近模数转换器(SAR ADC)实现，结构框图如图7所示。
[0040] 受控开关电容积分器可采用全差分结构实现，用以实现对信号的{-1，1}加权控 制，由运算放大器、积分电容以及受控开关构成。为便于描述，开关两端分别命名为左端和 右端。信号由两个输入端VIP和VIN接入，VIP端口与开关〇 2和〇 4左端相连，VIN端口与开关 〇 :和〇 5左端相连，开关〇 :和〇 2右端与〇 3左端相连，开关〇 4和〇 5右端与〇 6左端相连，开 关〇 3左端通过电容C1连接到共模输入电压VCM上，开关〇 6左端通过电容C2连接到共模输入 电压VCM上，开关〇 3右端连接运算放大器正输入端，开关〇 6右端连接运算放大器负输入端， 运算放大器正负输入端之间通过电容〇。1相连，正负输出端之间通过电容〇。2相连，正相输 入输出端之间通过反馈电容C3相连，负相输入输出端之间通过反馈电容C4相连，运算放大 器正负相输出信号通过输出端口 V0P和V0N输出。
[0041] 输出控制开关可由乒乓式模拟电压寄存器实现，由电容及开关组成。两个电容下 端接地，电容C1正端与单联双控开关Oh中间端相连，电容C2正端与单联双控开关< 中间 端相连，两个双控开关左端都与信号输入端相连，双控开关右端都与开关?。左端相连，开 关〇。右端则连接到输出端。该结构通过控制双控开关〇h和^在两端之间交替开闭，使得 两个电容交替保持输入电压，并交替输出。
[0042] 量化器可选择逐次逼近模数转换器实现，采用全差分结构实现，主要包括采样开 关、数模转换器(DAC)、比较器以及逻辑控制四部分组成。逐次逼近模数转换器的基本思想 是对输入信号做二分查找，即对输入信号每次与数模转换器产生的当期搜索范围的中值进 行比较，根据比较结果确定下一次比较的搜索范围，通过多次比较逐次地逼近输入信号，搜 索范围逐步减小到量化步长。
[0043] 随机采样控制信号发生器可用M序列发生器实现，采用线性移位寄存器阵列结构， 将N个寄存器首尾相连并引入反馈结构，即组成一个N级M序列发生器，引入控制电平V T，可 用来消除锁死状态，还可以进行全局的同步。VT长时间为高可以使得寄存器状态全部置为1 状态，通过控制V T的电平状态可以用来同步Fabonacci序列产生器的状态，进而可以在恢复 系统中进行观测矩阵的同步恢复。
[0044]误差估计和信号校准可通过对信号误差的估计有效消除部分由于采样量化电路 带来的信号误差。根据采样量化电路结构的不同，误差模型及估计方法不尽相同，可以一种 误差估计模型作为样例说明，在本实现样例中，由于寄生电容等因素对开关电容积分器造 成信号观测1%~2%的误差，考虑到输入信号频率与采样频率无关，假定采样点服从独立 同分布，以单位峰值正弦信号输入进行仿真，引入观测误差并根据中心极限定理对误差进 行估计拟合，估值与实际误差值基本吻合，根据估计值对信号进行修正，即实现了信号的校 准，误差仿真样例见图8,此为一种特定情况下的误差模型及仿真结果，误差估计和信号校 准的核心为一种针对系统实现的信号校准思路，解决的是硬件非理想因素带来的误差问 题，不限于某种误差模型及仿真环境。
[0045] 本发明具体实现的误差校准与信号恢复算法推导过程如下：
[0046] 待处理信号通常具有组稀疏性，信号的组稀疏性是指信号在稀疏域内具有自然的 分组特性，在一组内的值同时为零，或者同时非零。基于这种组稀疏性的假设，可以降低求 解的自由度，从而进一步降低了求解的复杂度，提高了恢复算法的性能。对于组稀疏信号X， 其1 2>1范数的定义为：
(1)
[0048] 其中{>% e RnU = 1, ,(：}表示信号x的不同分组，x共有c个互不交叠的