【摘要】：隨著現(xiàn)代電子信號(hào)多樣性、復(fù)雜性、非平穩(wěn)性以及瞬時(shí)性的日益增加,對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digital converter,ADC)的采樣率和采樣精度也提出了越來(lái)越高的要求。對(duì)于ADC來(lái)說(shuō),采樣率和分辨率是一對(duì)相互制約的指標(biāo)。在現(xiàn)有制造工藝條件下,單通道ADC很難同時(shí)滿足高采樣率和高分辨率的要求。通過(guò)采用時(shí)間交替采樣的方式,可以突破單片ADC制造工藝的限制,實(shí)現(xiàn)采樣率的成倍提升,這就使得Time-Interleaved ADC(TIADC)成為滿足現(xiàn)代電子系統(tǒng)日益增長(zhǎng)需求的一種切實(shí)可行的方案。但是,電路的非理想特性以及不同通道之間的失配會(huì)引入額外的誤差,大大降低TIADC系統(tǒng)的性能。為了發(fā)揮TIADC的價(jià)值,就必須要對(duì)TIADC中存在的誤差進(jìn)行校正。本人在讀博期間,致力于分析和消除TIADC中各種誤差所帶來(lái)的影響,結(jié)合攻讀博士學(xué)位期間參與的國(guó)家自然科學(xué)基金等實(shí)際項(xiàng)目,對(duì)TIADC系統(tǒng)的非線性失配誤差進(jìn)行了深入的研究。本文首先提出了TIADC的非線性失配誤差模型,在此基礎(chǔ)之上,將非線性失配誤差分為靜態(tài)非線性失配誤差以及動(dòng)態(tài)非線性失配誤差兩種類型,對(duì)不同情況下的TIADC中的各種失配誤差的表現(xiàn)進(jìn)行了分析,并提出了相應(yīng)的估計(jì)與校正算法。本文主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)了深入的研究:(1)本文提出了采用基于Volterra級(jí)數(shù)的行為模型來(lái)對(duì)TIADC中的動(dòng)態(tài)非線性失配誤差進(jìn)行建模,給出了基于Hybrid Volterra級(jí)數(shù)的TIADC非線性模型并據(jù)此推導(dǎo)出了TIADC的離散時(shí)間非線性等效模型。該推導(dǎo)為采用離散時(shí)間Volterra級(jí)數(shù)對(duì)TIADC系統(tǒng)進(jìn)行建模提供了理論依據(jù)。在文中,我們還對(duì)Volterra級(jí)數(shù)的各種特殊形式進(jìn)行了總結(jié),通過(guò)將這些簡(jiǎn)化模型與推導(dǎo)出的TIADC公式結(jié)合,就可以延伸和擴(kuò)展出大量全新的TIADC失配誤差模型。各種不同類型的模型有各自不同的特點(diǎn),據(jù)此就可以提出不同類型的估計(jì)和校正方法。(2)提出了偏置、增益、時(shí)間失配誤差的快速校正算法。在該方法中,三種失配誤差被分別校正。首先,在輸入信號(hào)為0的情況下,采用基于統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)偏置失配誤差估計(jì)并校正。接下來(lái),利用TIADC不同通道輸出頻譜的主譜高度之間的差距作為目標(biāo)函數(shù),采用STPNM算法對(duì)增益失配誤差進(jìn)行快速迭代校正。之后,令輸入信號(hào)的頻率和TIADC系統(tǒng)的采樣率相等,利用不同通道采樣值的差距作為目標(biāo)函數(shù),采用STPNM算法對(duì)時(shí)間失配誤差進(jìn)行校正。該算法在5GSPS數(shù)字存儲(chǔ)示波器中實(shí)現(xiàn)。(3)針對(duì)10GSPS數(shù)字熒光示波器,提出了偏置、增益、時(shí)間失配誤差的綜合校正方法。該方法采用自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)三種誤差進(jìn)行聯(lián)合校正。在文中,對(duì)該方法的核心公式進(jìn)行了詳盡的推導(dǎo),給出了校正算法的迭代公式。在此基礎(chǔ)之上,提出了自適應(yīng)校正算法在FPGA中的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),提出采用多相濾波的方式對(duì)校正結(jié)構(gòu)中的濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì),解決TIADC輸出信號(hào)速率與FPGA處理速率之間的矛盾。(4)提出兩種對(duì)TIADC靜態(tài)非線性失配誤差校正的算法。兩種方法的核心都是采用逆系統(tǒng)來(lái)對(duì)非線性進(jìn)行補(bǔ)償。不同之處在于,第一種方法是首先需要將系統(tǒng)的非線性參數(shù)估計(jì)出來(lái),然后根據(jù)多項(xiàng)式的階逆的解析表達(dá)式將逆系統(tǒng)的參數(shù)求解出來(lái)。第二種方法是通過(guò)周期時(shí)變自適應(yīng)方法來(lái)對(duì)TIADC中的非線性誤差進(jìn)行校正,此方法不需要估計(jì)非線性系統(tǒng)本身的參數(shù),而可以通過(guò)自適應(yīng)方法直接求出逆系統(tǒng)的參數(shù)。(5)提出了對(duì)TIADC動(dòng)態(tài)非線性失配誤差的估計(jì)和校正方法,以Volterra級(jí)數(shù)為例來(lái)進(jìn)行闡述,目的是從通用的角度來(lái)說(shuō)明TIADC動(dòng)態(tài)非線性失配誤差的估計(jì)和校正方法。這些方法適用于本文給出的所有基于Volterra級(jí)數(shù)特殊形式的TIADC模型,只需要利用這些模型和Volterra級(jí)數(shù)之間的關(guān)系即可得到這些模型的誤差估計(jì)和校正方法。與此同時(shí),根據(jù)本文推導(dǎo)出的核心公式,可以使得所有應(yīng)用于單通道非線性問(wèn)題的模型、方法、結(jié)論都可以通過(guò)本文的方法變換成適用于TIADC的方法。因此,本文給出的方法具有普遍性和擴(kuò)展性。
【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
【分類號(hào)】：TN792

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊擴(kuò)軍;田書(shū)林;蔣俊;曾浩;;基于TIADC的20 GS/s高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2014年04期

2 潘卉青;田書(shū)林;曾浩;葉們;;一種并行系統(tǒng)時(shí)基誤差自適應(yīng)估計(jì)方法[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2009年11期

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1 黃武煌;基于并行處理的超高速采樣系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2015年

2 楊擴(kuò)軍;TIADC系統(tǒng)校準(zhǔn)算法研究與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2015年

3 潘卉青;高速TIADC并行采樣系統(tǒng)綜合校正技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2688411