基于自适应滤波和泰勒级数的TIADC失配误差校准方法与流程

本发明涉及一种tiadc失配误差校准方法，尤其涉及一种基于自适应滤波和泰勒级数的tiadc失配误差校准方法，属于仪器仪表领域。

背景技术：

并行采样系统(tiadc)会由于器件的非理想特性，而产生偏置误差、增益误差、时间相位误差。双通道tiadc模型如下图1所示，采样率为fs，采样周期为ts。参数g0,o0,δt0分别为通道0的增益误差、偏置误差和时间相位误差，参数g1,o1,δt1分别为通道1的增益误差、偏置误差、和时间相位误差。实际工作中以通道0作为参考通道，需要对通道1的增益误差、偏置误差和时间相位误差g1,o1,δt1进行估计并校正，最终使得g1＝g0,o1＝o0,及δt1＝δt0，从而完成对整个系统的失配误差校正。

如图1所示，标准信号源同时输入通道0和通道1,以通道0作为参考，经过adc离散化后两个通道的数据表示如下：

其中x0(k)表示为通道0的采样数据，x1(k)表示为通道1的采样数据。通道1的数据和通道0的数据之间的关系可以表述为

x1(k)＝(1+g1)x0(k+0.5-δt1/2)+o1(2)

对tiadc中三个主要误差的校正技术集中在两个大的方向，即失配误差的非盲估计及校正算法和盲估计及校正算法。失配误差的非盲估计校正算法需要定期对采集系统注入激励信号以获取系统的误差参数，非盲估计及校正算法会影响采集系统工作的实时性。盲估计及校正算法不需要定期对采集系统注入激励信号，在采集系统对被测信号测量的同时完成对系统误差参数的估计及校正。现有的盲估计及校正算法在三个主要误差的估计过程中大多采取闭环回路的方式进行参数估计。虽然盲估计及校正算法不需要定期对采集系统注入激励信号，但是现有的盲估计校正算法需要的采样点数非常大。一次估计校正过程需要的采样点数大多超过10000个并且计算量复杂，这对采集系统的计算和存储都产生了较高的要求，不适合在手持示波器这类便携仪器中使用。事实上对于一个硬件设计良好的tiadc系统，系统的三个失配误差不会在短的时间内剧烈变化，非盲估计校正算法经过一次校正后计算获得的系统参数在一定时间之内依然可以为整个tiadc系统带来信噪比的提升。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于自适应滤波和泰勒级数的tiadc失配误差校准方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于自适应滤波和泰勒级数的tiadc失配误差校准方法，包括以下步骤：

步骤1：通道信号采集：将标准信号源x(t)＝sin(wint)同时输入通道0和通道1；标准信号源的角频率频率win满足：

ts为采样间隔时间，通道0为参考信道，通道0和通道1间隔采样间隔时间ts交错采样，通道1采样信号x1(k)为：

x1(k)＝(1+g1)x0(k+0.5-δt1/2)+o1(2)

其中x0(k)为通道0的采样信号，g1,o1,δt1分别为通道1的增益误差、偏置误差和时间相位误差；

步骤2：估计通道1的采样信号的偏置误差

步骤3：校正通道1的偏置误差：

式中为经过偏置误差校正后的通道1的采样数据；

步骤4：分数延迟滤波：将经过偏置误差校正后的通道1的采样数据输入分数延迟滤波器滤波，分数延迟滤波器的系统传递函数为:

其中d＝0.5，(5)

经过分数延迟滤波处理后的通道1的采样数据的一阶泰勒级数展开为

x'0(k)为的导数，其计算方法为：

x'0(k)＝[-x0(k+2)+8x0(k+1)-8x0(k-1)+x0(k-2)]/[(48×π×f0)/fs](7)

步骤5：用自适应滤波器估计通道1的增益误差g1和时间相位误差δt1。

自适应滤波器包括加权系数w0调整部件、加权系数w1调整部件，第一至第二累加器，通道0的采样数据x0(k)输入加权系数w0调整部件，通道0的采样数据的导数x'0(k)输入加权系数w1调整部件，加权系数w0调整部件、加权系数w1调整部件的输出送入第一累加器，第一累加器的输出与通道1的滤波数据在第二累加器相减，第二累加器的输出用于控制加权系数w0调整部件、加权系数w1调整部件，按照预设的调节步长调整加权系数w0和加权系数w1，直至第二累加器的输出的均方误差不再减小结束；

偏置误差g1的估计值为：

时间相位误差δt1的估计值为：

步骤6：校正通道1的增益误差和时间相位误差：

式中，为校正的通道1的采样数据，为时间相位误差校正滤波器的系统传递函数。

基于自适应滤波和泰勒级数的tiadc失配误差校准方法包括1个参考通道和1个以上校准通道，各校准通道均采用与通道1相同的校准方法。

采用上述技术方案所取得的技术效果在于：

1、本发明具有需要采样点数少，计算量较少等特点，适用于手持示波器等便携采集设备。

2、本发明同样适用于多通道tiadc系统。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是tiadc系统模型；

图2是本发明的流程图；

图3是本发明的自适应滤波器的原理框图。

具体实施方式

实施例1：

如图2所示，一种基于自适应滤波和泰勒级数的tiadc失配误差校准方法，包括以下步骤：

步骤1：通道信号采集：将标准信号源x(t)＝sin(wint)同时输入通道0和通道1；标准信号源的角频率频率win满足：

ts为采样间隔时间，通道0为参考信道，通道0和通道1间隔采样间隔时间ts交错采样，通道1采样信号x1(k)为：

x1(k)＝(1+g1)x0(k+0.5-δt1/2)+o1(2)

其中x0(k)为通道0的采样信号，g1,o1,δt1分别为通道1的增益误差、偏置误差和时间相位误差；

步骤2：估计通道1的采样信号的偏置误差

步骤3：校正通道1的偏置误差：

式中为经过偏置误差校正后的通道1的采样数据；

步骤4：分数延迟滤波：将经过偏置误差校正后的通道1的采样数据输入分数延迟滤波器滤波，分数延迟滤波器的系统传递函数为:

其中d＝0.5，(5)

忽略分数延时滤波器通带内的纹波，经过分数延迟滤波处理后的通道1的采样数据为：

由于δt1/2本身是一个远远小于1的项，对一个硬件设计良好的tiadc系统而言通常δt1/2≤0.05。故对公式(6)进行泰勒级数展开并忽略二阶以上的项得

经过分数延迟滤波处理后的通道1的采样数据的一阶泰勒级数展开为

x'0(k)为的导数，使用通道0的采样数据，完成对计算，其计算方法为：

x'0(k)＝[-x0(k+2)+8x0(k+1)-8x0(k-1)+x0(k-2)]/[(48×π×f0)/fs](8)

步骤5：用自适应滤波器估计通道1的偏置误差g1和时间相位误差δt1。

如图3所示，自适应滤波器包括加权系数w0调整部件、加权系数w1调整部件，第一至第二累加器，通道0的采样数据x0(k)输入加权系数w0调整部件，通道0的采样数据的导数x'0(k)输入加权系数w1调整部件，加权系数w0调整部件、加权系数w1调整部件的输出送入第一累加器，第一累加器的输出与通道1的滤波数据在第二累加器相减，第二累加器的输出用于控制加权系数w0调整部件、加权系数w1调整部件，按照预设的调节步长调整加权系数w0和加权系数w1，直至第二累加器的输出的均方误差不再减小结束；

偏置误差g1的估计值为：

时间相位误差δt1的估计值为：

步骤6：校正通道1的置误差和时间相位误差：

式中，为校正的通道1的采样数据，为时间相位误差校正滤波器的系统传递函数。

实施例2：与实施例1的区别在于还包括通道2，通道2采用与实施例1中通道1相同的校准方法。