专利名称：Tiadc系统通道误差的联合估计及实时校正方法
技术领域：
本发明属于高速高精度采样技术领域，更为具体地讲，涉及一种TIADC系统通道 误差的联合估计及实时校正方法。
背景技术：
随着大规模集成电路、数字信号处理技术和微型计算机等的发展，许多数字信号 处理设备，如雷达系统、现代通信、遥感遥测等，对模数转换系统(ADC)的速度和精度提出 了越来越高的要求。然而，受限于器件本身的制作工艺，单片ADC难以在满足高速度的同时 满足高精度的要求，因此利用多片AD器件并行的时间交替采样(TIADC，Time-interleaved ADC)成为有效提高系统采样率的方法之一。如果并行时间交替ADC采样系统均为理想情况，每片ADC的性能是完全一致的，采 样时钟严格按照所需相位延迟到达每个通道，那么各个通道间不存在通道误差，这样的采 样称为并行时间交替均勻采样。但在实际条件下，由于加工、器件老化等原因，各通道间往 往存在时间延迟失配，到达每个通道AD采样芯片的时钟延迟不一致，致使均勻采样变成了 非均勻采样。除了时钟延迟失配误差外，TIADC系统各个通道之间的增益及偏移失配误差也为 系统的输出引入误差。增益、偏移及时钟失配误差对TIADC系统输出的影响，表现在输出频 谱上则是产生除输入信号频率之外的失真频谱，这类失真频谱降低了 TIADC系统的无杂散 动态范围(SFDR，Spurious Free Dynamicrange)，使时间并行交替系统TIADC的分辨率低 于单路ADC。如果可以估计出各个通道的失配误差，就可以根据这些误差对各个通道的输出数 据进行校准或补偿，从而减小失配误差，降低输出频谱失真，提高系统的无杂散动态范围 SFDR0因此精确估计这些误差并实时校正是提升系统性能的关键。在通道误差估计方面，目前大多使用构建数学模型进行误差估计求解，比较常用 的估计算法是利用最小二乘参数估计、三点逼近以及迭代运算的四参数型正弦拟合时间误 差估计方法，但这种方法对于估计输入正弦信号的频谱纯净度要求相当高，同时计算量大， 设计复杂。在通道误差校正方面，偏置误差与增益误差的校正较时间误差简单，它们可分别 通过减法器和除法器进行校正。针对时间误差，通常采用的方法是使用可编程延迟线或锁 相技术对时钟进行精确的时延调整，将计算所得的估计值反馈给采样通道校正单元进行补 偿，这种方法通常需要在系统里产生M个微小的时间量(ps级)，用以修正采样时钟。但是 这在实际的系统中是很难通过硬件设计实现的，同时也会导致系统补偿电路过于复杂，对 系统性能有很大的影响。而另一种方法是对采样数据进行数字处理来校正误差，而并非对 时钟时序进行校正，目前通过处理数据达到误差校正的方法可分为离线和实时两种。离线 方法是将采样数据送入数字信号处理器，通过软件处理消除通道间的失配误差。当系统通 道规模扩大后，离线方法的时间开销较大，不具备实时性。而实时处理是一种比较实用可行
3的方法，它在硬件上进行，通过对数据序列进行处理，实时地得到校正后的数据。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硬件开销小、不需要补偿电路 的TIADC系统通道的联合误差估计及实时校正方法。为实现上述目的，本发明TIADC系统通道误差的联合估计及实时校正方法，其特 征在于，包括以下步骤(1)、通道误差联合估计al、向M个通道的TIADC系统输入频率为L的单音信号χ⑴=一~，其中c^ = 2 π f0 ；TIADC系统对单音信号χ⑴进行采样，得到M个通道的采样数据& (η)，其中k代表 通道号，k = 0，1，L M-I ；a2、M个通道的采样数据拼接在一起还原为单音信号的采样数据χ (η)后，再 对采样数据X (η)进行N点FFT变换，其中N = 2"a, a为整数；a3、FFT变换结果中，在频率为kfs/M士fQ，k = 0，IL M-I处取值，得到M个频域值 FAk,然后对这M个频域值FAk分别作M点IFFT变换，得出M个复数IAk，最后将M个复数IAk 通过做抽取相角和模的运算，得到M个通道的时间误差Atk和增益误差&，k = 0，l，L M-I ；a4、FFT变换结果中，在频率为kfs/M，k = 0，IL M-I处取值，得到M个频域值FBk， 然后对这M个频域值FBk分别作M点IFFT变换，得出M个复数IBk，最后将M个复数1 通 过做模的运算，得到M个通道的偏置误差ok，k = 0，1，L M-I ；O)、通道误差实时校正将M个通道的偏置误差ok、增益误差&及时间误差Δ tk分别送入各自通道校正装 置中的减法器、除法器和分数延时滤波器，对各自通道采样数据存在的偏置误差、增 益误差和时间误差分别进行校正bl、偏置误差校正在减法器中，各自通道采样数据& (η)减去自通道偏置误差ok，输出校正后的采样 数据；b2、增益误差校正在除法器中，各自通道偏置误差校正后输出的采样数据Xk(η)‘除以增益误差gk， 输出校正后的采样数据&(11)"；b3、时间误差校正在分数延时滤波器中，对各自通道增益误差校正后输出的采样数据&(η)“进行 滤波，输出校正后的采样数据&(11)"‘，其中，分数延时滤波器为Ρ+1个I阶子滤波器组成 的Farrow结构的滤波器，其传递函数为
权利要求
1.一种TIADC系统通道误差的联合估计及实时校正方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)、通道误差联合估计al、向M个通道的TIADC系统输入频率为&的单音信号x⑴=，其中c^ = 2 π fQ ； TIADC系统对单音信号χ (t)进行采样，得到M个通道的采样数据& (η)，其中k代表通道号， k = 0，1，L M-I ；a2、M个通道的采样数据拼接在一起还原为单音信号的采样数据χ (η)后，再对采 样数据x(n)进行N点FFT变换，其中N = 2"a, a为整数；a3、FFT变换结果中，在频率为kfs/M士fQ，k = 0，IL M-1处取值，得到M个频域值FAk, 然后对这M个频域值FAk分别作M点IFFT变换，得出M个复数IAk，最后将M个复数IAk通 过抽取相角和模的运算，得到M个通道的时间误差八、和增益误差&浊=0，1，1^ M-I ；a4、FFT变换结果中，在频率为kfs/M，k = 0，IL M-I处取值，得到M个频域值FBk，然后 对这M个频域值FBk分别作M点IFFT变换，得出M个复数IBk，最后将M个复数IBk通过做 模运算得到M个通道的偏置误差ok，k = 0，1，L M-I ； O)、通道误差实时校正将M个通道的偏置误差ok、增益误差&及时间误差Atk分别送入各自通道校正装置中 的减法器、除法器和分数延时滤波器，对各自通道采样数据存在的偏置误差、增益误 差和时间误差分别进行校正 bl、偏置误差校正在减法器中，各自通道采样数据& (η)减去各自通道偏置误差ok，输出校正后的采样数 据 &(η)‘；b2、增益误差校正在除法器中，各自通道偏置误差校正后输出的采样数据& (η) ’除以增益误差&，输出 校正后的采样数据& (η)“； b3、时间误差校正在分数延时滤波器中，对各自通道增益误差校正后输出的采样数据“进行滤波， 输出校正后的采样数据&(11)"‘，其中，分数延时滤波器为P+1个I阶子滤波器组成的 Farrow结构的滤波器，其传递函数为
2.根据权利要求1所述的TIADC系统通道误差的联合估计及实时校正方法，其特征在 于，所述的M个通道的采样数据在送入减法器、除法器和分数延时滤波器，对存在的 偏置误差、增益误差和时间误差分别进行校正前，先进行延迟，延迟时间等于联合误差的估 计时间，以确保采样后的每个数据都能得到校正。
全文摘要
本发明公开了一种TIADC系统通道误差联合估计及实时校正方法，对输入频率为f0的单音信号进行采样，得到系统各通道采样序列xk(n)，k＝0，1，L M-1，对拼接还原为单音信号的采样数据x(n)进行FFT变换，FFT变换结果中，在频率为lfs/M±f0，l＝0，1L M-1处取值FAk，在频率为lfs/M，l＝0，1L M-1处取值FBk，然后进行IFFT变换，得出M个复数IAk、IBk，最后通过相角抽取和模运算算法模块，得到时间误差Δtk、增益误差gk、偏置误差ok，k＝0，1，L M-1的联合估计。实时校正方面，利用减法器、除法器、分数延时滤波器构成的综合校正机制，分别对通道采样数据存在的偏置误差、增益误差和时间误差进行校正。本发明将三种误差进行联合估计，并通过实时校正，提高了采样序列的SFDR，即使通道误差改变也无需更新滤波器系数或重新设计校正模块，达到了实时校正的目的。
文档编号H04L25/02GK102075464SQ20111002028
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者王俊丽, 王志刚, 王猛, 郑冬 申请人:电子科技大学