時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法及系統(tǒng)，包括N路標準通道和一路參考通道、采樣時間失配系數(shù)提取電路和采樣時間調整控制電路；通過采樣時間失配系數(shù)提取電路提取出待校準的標準通道和參考通道的調整電路控制系數(shù)，并將調整電路控制系數(shù)傳送至采樣時間調整控制電路，采樣時間調整控制電路控制待校準的標準通道的采樣時鐘。本發(fā)明有效避免了振幅誤差影響采樣時間的校準，電路結構簡單易行，不需要微分器，方法收斂速度快，校準精度高，不受信號幅度和增益失配的影響。
【專利說明】
時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及后臺校準領域，特別是涉及時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]采用時域交織模式是顯著提高模數(shù)轉換器(ADC)的有效采樣率的一種簡單方法，圖1顯示了一種典型的時域交織模數(shù)轉換器，它由N個相同的模數(shù)轉換通道構成，每個通道的時鐘頻率為fck，但采樣時間錯開Tck/N，因此，這N通道的模數(shù)轉換器整體采樣率相當于一個時鐘頻率為fck*N的單通道模數(shù)轉換器，采樣時間為l/(fck*N)。顯然，這種交錯模數(shù)轉換器的芯片面積以及功耗是單通道模數(shù)轉換器的N倍，然而，當單通道模數(shù)轉換器難以完成高采樣率時(受限與制造工藝)，在需要高采樣率的情況下這些還是可以接受的。
[0003]相比單通道模數(shù)轉換器，盡管時域交織模數(shù)轉換器存在速度的優(yōu)勢，但其還存在一些缺陷:不同通道之間的失配在輸出頻譜上產(chǎn)生雜波信號，通道失配主要包括:失調失配、增益失配、采樣時間失配三種類型，對一個N通道交錯模數(shù)轉換器，失調失配在頻率為m*f ck處產(chǎn)生噪聲頻譜分量;增益失配在頻率為m*f ck+/-f…處產(chǎn)生噪聲頻譜分量;采樣時間失配同樣在頻率為πι*?^+/-?^處產(chǎn)生噪聲頻譜分量(m=l、2……^?為輸入信號頻率)；在實際設計中，8位至10位的模數(shù)轉換器能夠通過仔細的電路設計和版圖設計使其通道之間達到準確匹配，但在10位以上的模數(shù)轉換器中，當需要較高的性能時就必須為失配誤差校準設計特定的校準方案，為了避免模數(shù)轉換器操作的被打斷，在后臺運行校準是十分必要可取的。
[0004]在失配的不同類型中，由于需要高頻輸入信號來準確提取時序偏差信息，采樣時間失配是最難校準的(失調失配無需任何輸入信號，增益失調僅僅需要輸入直流信號)，圖2為一種最常用的采樣時間失配校準，其增加了一個參考通道，該參考通道運行在全速率(N*U或者是稍低的速率但校準時采樣時刻隨通道能夠調整一致。此時，采樣誤差能夠通過LMS(最小均方誤差)算法得出:
[0005]Terr(k+l)=Terr(k)-u*dev( (Sn-Sref)D (I)
[0006]其中，Te3rr是在誤差校準模塊中將要使用到的預估采樣誤差(無論是模擬還是數(shù)字)，u是比例因子，5?是1!通道的輸出，Sre3f是標準通道的輸出。為了減少校準范圍和使設計簡單，在實際的設計中，我們只需要得出不同通道之間的相對采樣時間失配而不是相對于參考通道的絕對采樣時間失配(參考通道可能會根據(jù)特定的實施方案具有較大的時序偏差)，這種校準方法存在的一個問題是它不能夠從采樣時間失配中區(qū)分出增益失配，從而造成其對增益失配較為敏感。為了取保其正常工作，增益失配必須首先去除，而這些是不容易實現(xiàn)的，因為增益校準和時間校準需要在后臺同時運行。
[0007]圖3為另一種對增益失配不敏感的采樣時間失配校準，它跟圖2所示方法類似，也是增加了參考通道來輔助采樣時間誤差的測量，然而，所不同的是此時參考通道處理的并不是輸入信號，而是輸入信號的導數(shù)信號，采樣誤差能夠通過類似的LMS(最小均方誤差)算法得出
[0008]Terr ( k+1 ) = Terr ( k ) +U*de V ( ( Sn*Sref ) ' 2 ) (2)
[0009]為了減少校準范圍和使設計簡單，在實際的設計中，我們只需要得出不同通道之間的相對采樣時間失配而不是相對于參考通道的絕對采樣時間失配(參考通道可能會根據(jù)特定的實施方案具有較大的時序偏差)，該方法對增益失配不敏感的原因主要在于sn*sref是輸入信號和輸入信號的導數(shù)交叉相關，且如果參考通道和校準通道采樣時間是完全一致的話它的值接近于零(輸入信號可以看著是差分正弦波和正弦波交叉相關以及其導數(shù)的和為零)，相比較圖2的方法，這種方法更具魯棒性，然而，測量所示輸入信號的導數(shù)并不是個簡單的任務，它需要模擬或者數(shù)字微分器。但是這樣不僅增加了電路的復雜性，而且其校準精度受限與微分器的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決傳統(tǒng)校準方法和系統(tǒng)的缺陷的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法及系統(tǒng)。
[0011]技術方案:本發(fā)明所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法，包括以下的步驟:
[0012]S1:在模數(shù)轉換器的N路標準通道之外增加一路參考通道，形成共N+1路通道；
[0013]S2:各路通道的輸出數(shù)據(jù)送至采樣時間失配系數(shù)提取電路，提取出調整電路控制系數(shù)并送至采樣時間調整控制電路；
[0014]調整電路控制系數(shù)通過式(I)進行計算:
[0015]CTSk+i = CTSk-u*(ek_ek-1)*sign(CTSk_CTSk-1) (I)
[0016]式(I)中，CST為調整電路控制系數(shù)，u為逼近算法迭代步長系數(shù)，e為誤差函數(shù)，k為標準通道的序號；
[0017]其中，e通過式(2)進行計算:
[0018]e = abs(sign(Sn)-sign(Sref)) (2)
[0019]式(2)中，Sn為標準通道的輸出信號，Srrf為參考通道的輸出信號；
[0020]S3:采樣時間調整控制電路控制待校準的標準通道的采樣時鐘；
[0021]S4:對所有待校準的標準通道重復步驟SI至S3，直至所有待校準的標準通道均校準完畢。
[0022]進一步，所述參考通道的采樣時鐘等于或高于標準通道的采樣時鐘。
[0023]進一步，所述采樣時間失配系數(shù)提取電路中，標準通道和參考通道各自經(jīng)過消除直流電路后送至通道輸出極性檢測電路，得到標準通道和參考通道各自的極性信息，然后送至最小方差電路進行調整電路控制系數(shù)的計算。
[0024]進一步，所述最小方差電路計算調整電路控制系數(shù)的過程為:首先將標準通道極性信息與參考通道極性信息相減，取絕對值，然后將多個絕對值相加，再乘以步長控制系數(shù)，之后乘以上一次計算得到的調整電路控制系數(shù)的差分后的極性信息，從而得到本次計算的調整電路控制系數(shù)。
[0025]進一步，所述采樣時間調整控制電路包括多個串聯(lián)的反相器。
[0026]本發(fā)明所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準系統(tǒng)，包括N路標準通道和一路參考通道、米樣時間失配系數(shù)提取電路和米樣時間調整控制電路;通過米樣時間失配系數(shù)提取電路提取出待校準的標準通道和參考通道的調整電路控制系數(shù)，并將調整電路控制系數(shù)傳送至采樣時間調整控制電路，采樣時間調整控制電路控制待校準的標準通道的采樣時鐘。
[0027]進一步，所述參考通道的采樣時鐘等于或高于標準通道的采樣時鐘。
[0028]進一步，所述采樣時間失配系數(shù)提取電路中，標準通道和參考通道各自經(jīng)過消除直流電路后送至通道輸出極性檢測電路，得到標準通道和參考通道各自的極性信息，然后送至最小方差電路進行調整電路控制系數(shù)的計算。
[0029]進一步，所述最小方差電路計算調整電路控制系數(shù)的過程為:首先將標準通道的極性信息與參考通道的極性信息相減，取絕對值，然后將多個絕對值相加，再乘以步長控制系數(shù)，之后乘以上一次計算得到的調整電路控制系數(shù)的差分后的極性信息，從而得到本次計算的調整電路控制系數(shù)。
[0030]進一步，所述采樣時間調整控制電路包括多個串聯(lián)的反相器。
[0031]有益效果:本發(fā)明在提取調整電路控制系數(shù)時使用極性信息代替信號本身，有效避免了振幅誤差影響采樣時間的校準，電路結構簡單易行，不需要微分器，方法收斂速度快，校準精度高，不受信號幅度和增益失配的影響。
【附圖說明】
[0032]圖1為現(xiàn)有技術中的一種典型的時域交織模數(shù)轉換器的電路示意圖；
[0033]圖2為現(xiàn)有技術中的一種采用了采樣時間失配校準系統(tǒng)的時域交織模數(shù)轉換器的電路不意圖；
[0034]圖3為現(xiàn)有技術中的另一種采用了采樣時間失配校準系統(tǒng)的時域交織模數(shù)轉換器的電路不意圖；
[0035]圖4為采用了本發(fā)明的校準系統(tǒng)的時域交織模數(shù)轉換器的電路示意圖；
[0036]圖5為本發(fā)明的采樣時間失配系數(shù)提取電路的電路示意圖；
[0037]圖6為本發(fā)明的采樣時間調整控制電路的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案作進一步的介紹。
[0039]本發(fā)明公開了一種時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法，包括以下的步驟:
[0040]S1:在模數(shù)轉換器的N路標準通道之外增加一路參考通道，形成共N+1路通道；
[0041]S2:各路通道的輸出數(shù)據(jù)送至采樣時間失配系數(shù)提取電路I，提取出調整電路控制系數(shù)并送至采樣時間調整控制電路2;
[0042]調整電路控制系數(shù)通過式(I)進行計算:
[0043]CTSk+i = CTSk-u*(ek_ek-1)*sign(CTSk_CTSk-1) (I)
[0044]式(I)中，CST為調整電路控制系數(shù)，u為逼近算法迭代步長系數(shù)，e為誤差函數(shù)，k為標準通道的序號；
[0045]其中，e通過式(2)進行計算:
[0046]e = abs(sign(Sn)-sign(Sref)) (2)
[0047]式(2)中，Sn為標準通道的輸出信號，Srrf為參考通道的輸出信號；
[0048]S3:采樣時間調整控制電路2根據(jù)調整電路控制系數(shù)CST來提前或者延遲待校準的標準通道的采樣時鐘，使其縮小與參考通道的差別；
[0049]S4:對所有待校準的標準通道重復步驟SI至S3，直至所有待校準的標準通道均校準完畢，此時調整電路控制系數(shù)CST將逐漸收斂到一個最優(yōu)值使各個標準通道的采樣時間與參考通道的采樣時間的差值接近于零，從而達到校準的目的。
[0050]本發(fā)明的這種校準方法是一種后臺運行的自適應校準，不會打斷模數(shù)轉換器的正常轉換，而且可以跟蹤電路隨環(huán)境和時間的漂移。
[0051]參考通道的設計有兩種方式:一種是采用與標準通道相同的結構，但采樣時間可以動態(tài)重新配置到與某一待校準的標準通道相同的時間點上；另一種是采用高速結構，但分辨率較低。
[0052]失調失配校準的方法有多種，比較簡單的是將待校準的標準通道的輸出平均值和參考通道的輸出平均值相減，得到兩通道的失調失配差值。
[0053]下面以第k個標準通道為例，介紹怎樣計算調整電路控制系數(shù):在模數(shù)轉換器正常運行并有輸入信號的情況下，將參考通道的采樣時間配置到與第k個標準通道的采樣時間相同的位置上，然后收集M個參考通道和第k個標準通道的輸出信號，檢測輸出信號的極性，并采用式(I)來計算調整電路控制系數(shù)。其中，M根據(jù)實際收斂情況來調整，式(I)中的u也根據(jù)實際收斂情況來調整。
[0054]在實際的設計中，在檢測輸出信號極性時，輸入信號可以包括大的直流偏移因而沒有交叉零點，這些可以通過從輸入信號中減去直流偏移(取平均)來切換輸入信號使其圍繞零點移動來解決。另外，在沒有輸入信號時，為了仍能進行采樣時間校正，可內(nèi)部產(chǎn)生一個交流信號，加到數(shù)模轉換器的輸入端。還有，為降低或消除，有規(guī)律的調整個通道采樣時間所造成的雜波，可隨機選擇通道進行校正，而不是按順序從通道I到N。另外，在一個校正周期后可隨機插入等待時間，也可降低雜波。
[0055]本發(fā)明還公開了一種時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準系統(tǒng)，如圖4所示，包括N路標準通道和一路參考通道、采樣時間失配系數(shù)提取電路I和采樣時間調整控制電路2;通過采樣時間失配系數(shù)提取電路I提取出待校準的標準通道和參考通道的調整電路控制系數(shù)，并將調整電路控制系數(shù)傳送至采樣時間調整控制電路2，采樣時間調整控制電路2控制待校準的標準通道的采樣時鐘。
[0056]如圖5所示，以第k個標準通道為例來介紹采樣時間失配系數(shù)提取電路I的工作過程:采樣時間失配系數(shù)提取電路I中，第k個標準通道和參考通道各自經(jīng)過消除直流電路后送至通道輸出極性檢測電路，得到標準通道和參考通道各自的極性信息，然后送至最小方差電路11進行調整電路控制系數(shù)的計算。
[0057]如圖5所示，最小方差電路11計算調整電路控制系數(shù)的過程為:首先將標準通道的極性信息與參考通道的極性信息相減，取絕對值，然后將多個絕對值相加，再乘以步長控制系數(shù)，之后乘以上一次計算得到的調整電路控制系數(shù)的差分后的極性信息，從而得到本次計算的調整電路控制系數(shù)。
[0058]如圖6所示，采樣時間調整控制電路2包括多個串聯(lián)的反相器，其中的一些反相器的延時可以通過調整上拉和下拉電流來控制，此外還可以調節(jié)電源電壓、電容負載大小等，在實際設計中可根據(jù)需要選擇最佳方案。
【主權項】
1.時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法，其特征在于:包括以下的步驟: SI:在模數(shù)轉換器的N路標準通道之外增加一路參考通道，形成共N+1路通道； S2:各路通道的輸出數(shù)據(jù)送至采樣時間失配系數(shù)提取電路(I)，提取出調整電路控制系數(shù)并送至采樣時間調整控制電路(2); 調整電路控制系數(shù)通過式(I)進行計算: CTSk+i = CTSk-u* (ek—ek-1) *s ign (CTSk—CTSk-1) (I) 式(I)中，CST為調整電路控制系數(shù)，u為逼近算法迭代步長系數(shù)，e為誤差函數(shù)，k為標準通道的序號； 其中，e通過式(2)進行計算: e = abs( sign (Sn)-sign (Sref))(2) 式(2)中，Sn為標準通道的輸出信號，Sre3f為參考通道的輸出信號； S3:采樣時間調整控制電路(2)控制待校準的標準通道的采樣時鐘； S4:對所有待校準的標準通道重復步驟SI至S3，直至所有待校準的標準通道均校準完畢。2.根據(jù)權利要求1所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法，其特征在于:所述參考通道的采樣時鐘等于或高于標準通道的采樣時鐘。3.根據(jù)權利要求1所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法，其特征在于:所述采樣時間失配系數(shù)提取電路(I)中，標準通道和參考通道各自經(jīng)過消除直流電路后送至通道輸出極性檢測電路，得到標準通道和參考通道各自的極性信息，然后送至最小方差電路(11)進行調整電路控制系數(shù)的計算。4.根據(jù)權利要求3所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法，其特征在于:所述最小方差電路(11)計算調整電路控制系數(shù)的過程為:首先將標準通道極性信息與參考通道極性信息相減，取絕對值，然后將多個絕對值相加，再乘以步長控制系數(shù)，之后乘以上一次計算得到的調整電路控制系數(shù)的差分后的極性信息，從而得到本次計算的調整電路控制系數(shù)。5.根據(jù)權利要求1所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準方法，其特征在于:所述采樣時間調整控制電路(2)包括多個串聯(lián)的反相器。6.時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準系統(tǒng)，其特征在于:包括N路標準通道和一路參考通道、采樣時間失配系數(shù)提取電路(I)和采樣時間調整控制電路(2);通過采樣時間失配系數(shù)提取電路(I)提取出待校準的標準通道和參考通道的調整電路控制系數(shù)，并將調整電路控制系數(shù)傳送至采樣時間調整控制電路(2)，采樣時間調整控制電路(2)控制待校準的標準通道的采樣時鐘。7.根據(jù)權利要求6所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準系統(tǒng)，其特征在于:所述參考通道的采樣時鐘等于或高于標準通道的采樣時鐘。8.根據(jù)權利要求6所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣時間失配系數(shù)提取電路(I)中，標準通道和參考通道各自經(jīng)過消除直流電路后送至通道輸出極性檢測電路，得到標準通道和參考通道各自的極性信息，然后送至最小方差電路(11)進行調整電路控制系數(shù)的計算。9.根據(jù)權利要求6所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準系統(tǒng)，其特征在于:所述最小方差電路(11)計算調整電路控制系數(shù)的過程為:首先將標準通道的極性信息與參考通道的極性信息相減，取絕對值，然后將多個絕對值相加，再乘以步長控制系數(shù)，之后乘以上一次計算得到的調整電路控制系數(shù)的差分后的極性信息，從而得到本次計算的調整電路控制系數(shù)。10.根據(jù)權利要求6所述的時域交織模數(shù)轉換器采樣時間失配的校準系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣時間調整控制電路(2)包括多個串聯(lián)的反相器。
【文檔編號】H03M1/08GK105871377SQ201610173954
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】李紀鵬
【申請人】南京天易合芯電子有限公司