本文關鍵詞：TIADC系統(tǒng)校準算法研究與實現(xiàn)

  更多相關文章： 高速數(shù)據(jù)采集 時間交替采樣 TIADC 正弦擬合 自適應校準 無縫采集

【摘要】：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在通信、儀器及雷達等電子系統(tǒng)中均有著廣泛的應用。為滿足對復雜寬帶信號進行實時捕獲及處理的要求,有必要研發(fā)更高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采樣率是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中最重要的指標之一。采樣率越高,所能分析的信號帶寬就越寬,采樣點之間間隔就越小,越能更好的重現(xiàn)被采樣信號。而模數(shù)轉換器(analog-to-digital converter,ADC)的轉換速率直接決定了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣率。近年來,隨著集成電路工藝的發(fā)展,ADC的采樣率已經(jīng)有了很大的提高,但仍然不能滿足實際系統(tǒng)的要求。在目前的條件下,時間交替采樣技術是提高采樣率、保證采樣性能的最可行方法之一,能夠有效突破單片ADC芯片轉換速率對采集系統(tǒng)采樣率的限制,實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采用時間交替采樣技術的ADC系統(tǒng)被稱為TIADC(Time-interleaved ADC)系統(tǒng)。雖然TIADC系統(tǒng)提高了采樣率,但由于多片ADC之間非一致性、采樣時間間隔非均勻等因素帶來的偏置誤差、增益誤差及時間誤差卻限制了TIADC系統(tǒng)的性能。TIADC系統(tǒng)誤差會導致時域波形失真,引入誤差頻譜,降低系統(tǒng)的信噪比,從而影響對被采樣信號的重構和準確分析。而準確的重構被測信號、獲得被測信號時域及頻域的特征是測試儀器的基本要求。本人致力于基于TIADC的超高采樣率數(shù)字存儲示波器的設計與實現(xiàn),因此,為了降低誤差對示波器性能的影響,如何對TIADC系統(tǒng)中的誤差進行估計和校準就成為了本論文的研究重點。結合攻讀博士期間參與的國家自然科學基金等實際項目,從以下方面展開工作:1、根據(jù)TIADC的結構和原理,建立TIADC系統(tǒng)模型。根據(jù)工程實踐中TIADC系統(tǒng)的可能實現(xiàn)方式,總結了實際TIADC系統(tǒng)中的誤差來源。推導存在誤差時的TIADC輸出頻譜特性,以任意信號作為輸入,對兩通道TIADC中誤差影響進行了分析,有別于傳統(tǒng)的正弦信號輸入分析。給出了誤差對TIADC系統(tǒng)性能影響的計算公式,以指導實際TIADC系統(tǒng)的設計。2、提出了兩種TIADC系統(tǒng)誤差估計算法。基于正弦擬合的誤差估計算法利用三參數(shù)正弦擬合算法得到TIADC中各通道的偏置、增益及相位,進一步求取誤差,相比于現(xiàn)有文獻提出的利用插值獲取各通道標準輸出,再利用最小二乘擬合進行誤差估計的算法而言,無需插值即可直接獲得誤差,計算量更小。基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計的算法則利用采樣數(shù)據(jù)的平均值、絕對值求和及采樣數(shù)據(jù)乘積等統(tǒng)計信息來求取TIADC誤差,算法無需大量浮點數(shù)運算,簡單且容易在實際系統(tǒng)實現(xiàn)。3、將拉格朗日插值用于校準時間誤差,給出了在具體系統(tǒng)中能夠實現(xiàn)的插值濾波器結構并推導了拉格朗日插值濾波器的系數(shù)。提出了基于數(shù)據(jù)乘積的時間誤差自適應校準方法,時間誤差調節(jié)步進的計算相比現(xiàn)有算法更容易。從頻域上特征考慮,提出了一種基于FFT的時間誤差自適應校準算法,利用成功失敗法求取時間誤差可能區(qū)間,再利用二次插值計算調節(jié)步進,算法收斂速度優(yōu)于現(xiàn)有的大部分自適應校準算法。4、基于TIADC架構,成功研發(fā)了20GSPS數(shù)字示波器。根據(jù)系統(tǒng)對時鐘的要求,設計了低抖動、相位可調的高速采樣時鐘電路。對TIADC系統(tǒng)中多片ADC之間的數(shù)據(jù)同步問題進行深入研究,分析了影響同步的因素,并給出了多ADC間數(shù)據(jù)同步的解決方案。利用上述的誤差估計和校準算法對系統(tǒng)校準,提高了系統(tǒng)的性能。提出了一種無縫采集的方法,解決了高速TIADC系統(tǒng)中高采樣率下高速數(shù)據(jù)的實時處理問題。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN792

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李玉生;安琪;;基于濾波器組并行交替型ADC系統(tǒng)通道失配誤差的分析[J];中國科學技術大學學報;2006年09期

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本文編號：1142001