發(fā)布時(shí)間：2020-05-18 22:21

【摘要】：超寬帶采樣技術(shù)要求模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)電路具有極高的瞬態(tài)性能,是太赫茲通信和雷達(dá)、高端測(cè)量?jī)x器、毫米波脈沖成像等前沿應(yīng)用的基礎(chǔ)。頻率交織技術(shù)(FI-ADC)能夠突破時(shí)間交織架構(gòu)(TI-ADC)在滿功率模擬帶寬和時(shí)鐘穩(wěn)健性方面的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸,在未來(lái)超寬帶采樣領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展前景。目前FI-ADC大多基于混合濾波器組,由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成難度大,相關(guān)研究仍面臨諸多挑戰(zhàn)鑒于FI-ADC內(nèi)部存在多種電路非理想性,包括本振(LO)時(shí)鐘引入的諧波失真和混疊,I/Q支路失衡造成的鏡像誤差,子帶隔離不理想引起的頻譜泄露與失配誤差(頻響失配和帶寬失配),子ADC過(guò)采樣率不足導(dǎo)致的頻譜混疊,以及LO和采樣時(shí)鐘抖動(dòng)與相位噪聲等,為實(shí)現(xiàn)FI-ADC系統(tǒng)電路規(guī)模的大范圍縮減和高密度集成,擬提出一種基于全數(shù)字實(shí)時(shí)樣點(diǎn)重構(gòu)的超寬帶信號(hào)采樣與測(cè)量框架,并針對(duì)該框架在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展深入研究,主要工作如下1)針對(duì)FI-ADC中存在的頻譜泄露與混疊、子帶失配及時(shí)鐘隨機(jī)抖動(dòng)等非一致性誤差進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)電路行為描述。將M通道的TI-ADC與FI-ADC分別簡(jiǎn)化并抽象為單通道的直接采樣結(jié)構(gòu)和基帶采樣結(jié)構(gòu),通過(guò)構(gòu)建物理模型,總結(jié)統(tǒng)計(jì)特征,分析和討論了兩種結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能,并在此基礎(chǔ)上比較了 TI-ADC和FI-ADC系統(tǒng)的ENOB頻率響應(yīng)穩(wěn)定性和時(shí)鐘魯棒性2)提出了基于Krylov子空間法的數(shù)字綜合濾波器組優(yōu)化設(shè)計(jì)方案以提高FI ADC系統(tǒng)的重構(gòu)精度和效率。推導(dǎo)了頻域均衡模型對(duì)應(yīng)的矩陣描述,將失配誤差的補(bǔ)償問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)的求解問(wèn)題;研究和比較了基于多種Krylov子空間法設(shè)計(jì)的綜合濾波器組對(duì)于系統(tǒng)誤差的補(bǔ)償效果;提出使用Gauss-Seidel預(yù)處理技術(shù)以進(jìn)一步優(yōu)化算法的性能;通過(guò)構(gòu)建子帶間頻譜泄露的數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型,提出了基于自相關(guān)矩陣的頻譜泄露誤差量化體系,以更加直觀地衡量FI-ADC系統(tǒng)中的子帶交疊效應(yīng),以及合理地評(píng)價(jià)各綜合濾波器組設(shè)計(jì)方案對(duì)頻譜泄露的補(bǔ)償性能。3)大范圍縮減了現(xiàn)有FI-ADC系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)規(guī)模,省去了模擬混頻器之后用于子帶分解和抗混疊的模擬低通濾波器(LPF)組,以及用于各通道頻率響應(yīng)失配均衡的數(shù)字綜合濾波器組�？紤]到FI-ADC中的各種誤差之間存在的相互影響,提出在進(jìn)行任何失配誤差校準(zhǔn)之前首先進(jìn)行通道重組,隨后利用全數(shù)字樣點(diǎn)重構(gòu)電路對(duì)所有誤差進(jìn)行統(tǒng)一修正的設(shè)計(jì)思想,稱這種簡(jiǎn)化的頻率交織架構(gòu)為L(zhǎng)PF-less FI-ADC。4)將鏡像誤差和LO諧波干擾加入討論范圍,并分別從理論和實(shí)際層面論證了上述幾種誤差之間的相互作用與影響,指出了對(duì)其進(jìn)行同時(shí)統(tǒng)一修正的必要性。首先忽略諧波混疊,建立了LPF-less FI-ADC的頻域誤差模型;基于該模型分別推導(dǎo)了系統(tǒng)信噪失真比和鏡像抑制比對(duì)于任意通道數(shù)M的封閉表達(dá)式,并據(jù)此詳細(xì)分析了采樣時(shí)鐘抖動(dòng)和LO時(shí)鐘相位噪聲對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響;基于自相關(guān)矩陣量化方法研究和分析了 LPF-less FI-ADC中子帶交疊、帶內(nèi)混疊和帶間混疊三種交疊效應(yīng)在頻譜泄露和鏡像誤差中的傳播規(guī)律和作用機(jī)理;重點(diǎn)研究了LO時(shí)鐘諧波干擾對(duì)LPF-less FI-ADC的影響;首次提出了在每個(gè)模擬信號(hào)通路內(nèi)僅使用單個(gè)由方波LO時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)模擬混頻器的全數(shù)字諧波抑制方案,大大簡(jiǎn)化了FI-ADC的射頻前端電路。推導(dǎo)了在諧波混疊存在的情況下,LPF-less FI-ADC的頻域誤差模型。5)推導(dǎo)了M通道LPF-less FI-ADC的離散時(shí)間等效模型,及其相對(duì)應(yīng)的矩陣描述;推導(dǎo)了2M周期時(shí)變(PTV)系統(tǒng)的頻域模型和線性級(jí)聯(lián)的PTV系統(tǒng)模型;推導(dǎo)了等效模型的矩陣形式;提出了基于坐標(biāo)松弛迭代的實(shí)時(shí)樣點(diǎn)重構(gòu)框架以實(shí)現(xiàn)所有線性誤差的在線統(tǒng)一修正。闡述了基于Richardson、Jacobi和Gauss-Seidel三種松弛迭代重構(gòu)方案的基本原理與收斂條件;分別對(duì)兩種PTV數(shù)字濾波器在提出的樣點(diǎn)重構(gòu)框架中的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了原理闡述和模型推導(dǎo);并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度分析與比較。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN792

【參考文獻(xiàn)】

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1 江舸;李皓;李文杰;許晏;;多通道頻率交織1.4GHz寬帶DRFM系統(tǒng)[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

2 邱渡裕;田書(shū)林;譚峰;曾浩;;基于有載品質(zhì)因數(shù)的低抖動(dòng)時(shí)鐘電路研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2015年07期

3 陳紅梅;鄧紅輝;張明文;陶陽(yáng);尹勇生;;高速低抖動(dòng)時(shí)鐘穩(wěn)定電路設(shè)計(jì)[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2011年11期

4 劉素娟;楊s，

本文編號(hào)：2670395