隨著半導(dǎo)體制造工藝的快速發(fā)展,各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成度及轉(zhuǎn)換精度越來(lái)越高,模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)作為打通模擬世界和數(shù)字世界的橋梁,在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中具有重要的地位,因此要求ADC要具備更高的轉(zhuǎn)換性能。但是由于ADC本身固有的各種非理想因素,導(dǎo)致ADC性能指標(biāo)受到制約。Dither(擾動(dòng))技術(shù)是一種外部數(shù)字校準(zhǔn)算法,通過(guò)在ADC的輸入端加入Dither信號(hào),能夠有效改善ADC量化輸出信號(hào)頻譜中的諧波,從而改善ADC的性能指標(biāo)。本文從理論上分析了ADC量化誤差來(lái)源及Dither技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理,在此基礎(chǔ)上著重研究了Dither技術(shù)改善ADC性能指標(biāo)的三個(gè)方面。其一,通過(guò)對(duì)加擾的ADC量化輸出信號(hào)進(jìn)行多次疊加取平均的方法,研究了加擾對(duì)ADC分辨率的影響,發(fā)現(xiàn)小幅度Dither加擾能夠使ADC分辨率提高到1LSB以下。其二,分析了ADC量化誤差和輸入信號(hào)之間的具體關(guān)系,并在Simulink下搭建加擾的ADC仿真模型進(jìn)行測(cè)試。仿真結(jié)果表明,Dither技術(shù)能夠隨機(jī)化量化誤差和輸入信號(hào)之間的相關(guān)性。其三,研究了Dither技術(shù)對(duì)ADC相干采樣、量化誤差、微分非線性三個(gè)方面導(dǎo)致的頻譜諧波失真的改善,并在Simulink下搭建仿真系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明Dither技術(shù)能有效改善頻譜的諧波失真,使8位的ADC頻譜無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍提高約8dB左右。本文對(duì)典型的大幅度寬帶和大幅度窄帶Dither加擾及去擾方案進(jìn)行了設(shè)計(jì),研究其對(duì)ADC無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍的影響,并在Simulink仿真平臺(tái)下進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明,隨著擾動(dòng)信號(hào)幅度值的增加,兩種加擾方案均能使ADC的SFDR指標(biāo)呈現(xiàn)先增大后不變?cè)贉p小的趨勢(shì)。其中,大幅度窄帶Dither加擾可以將ADC的SFDR提高約9.26dB,大幅度寬帶Dither加擾可以將ADC的SFDR提高約7.09dB。之后,針對(duì)Dither的去擾進(jìn)行了理論分析,并在仿真結(jié)果的驗(yàn)證下發(fā)現(xiàn)加擾之后進(jìn)行去擾,并不會(huì)惡化信噪比。針對(duì)加擾信號(hào)幅值過(guò)大,加擾之后輸入信號(hào)可能超出ADC量化量程的問(wèn)題,提出了一種外部Dither幅度隨輸入信號(hào)自適應(yīng)變化的方案,該方案將輸入信號(hào)和高速比較器中設(shè)置的參考電壓值相比較,輸出flag電壓控制信號(hào),使Dither信號(hào)隨著輸入信號(hào)出現(xiàn)正負(fù)交替的自適應(yīng)結(jié)果。經(jīng)仿真測(cè)試表明該方案能夠有效的將加擾的輸入信號(hào)控制在ADC量化量程范圍內(nèi),并且使大幅度窄帶加擾的SFDR提高約10dB左右。本文實(shí)現(xiàn)了加擾的硬件驗(yàn)證,著重分析了傳統(tǒng)大幅度窄帶Dither信號(hào)硬件產(chǎn)生的缺點(diǎn),提出一種基于窄帶碼表存儲(chǔ)的窄帶Dither結(jié)構(gòu),并在FPGA的軟、硬件環(huán)境下完成大幅度窄帶Dither信號(hào)的產(chǎn)生。通過(guò)模擬加法器將窄帶Dither信號(hào)和輸入正弦信號(hào)相加,實(shí)現(xiàn)加擾信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。通過(guò)PC端對(duì)采集到的加擾數(shù)字信號(hào)進(jìn)行譜分析發(fā)現(xiàn),加擾能夠有效改善頻譜的諧波失真,使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍提高了約6dB左右。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN792
【部分圖文】：

二章 ADC 中 Dither 技術(shù)的應(yīng)用紹了 ADC 工作原理，并在此基礎(chǔ)上分析了 A了和本文相關(guān)的 ADC 性能指標(biāo)，并對(duì) ADC 靜法分別進(jìn)行了分析。然后對(duì) Dither 技術(shù)原理、 Dither 技術(shù)改善 ADC 分辨率、量化誤差、諧波述原理及量化誤差分析 ADC 采樣電路模型圖，其中 f (t)為輸入模擬過(guò)采樣之后的輸出信號(hào)。

圖 2.7 ADC 的 SFDR 指標(biāo)示意圖DC 性能測(cè)試方法態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，對(duì)應(yīng)著兩種不同的測(cè)指標(biāo)和量化之后的碼字寬度有著密切的聯(lián)系，ADC的變化而變化，是輸入信號(hào)幅度及頻率的函數(shù)，因此文研究的 Dither 技術(shù)對(duì) ADC 靜態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性測(cè)試方法進(jìn)行加擾前、后的仿真對(duì)比分析。到 ADC 靜態(tài)性能指標(biāo)主要有微分非線性和積分非線之后的碼字寬度都有著密切的聯(lián)系。在實(shí)際應(yīng)用中的概率密度有著密切的聯(lián)系，理論上兩者呈現(xiàn)正比度對(duì)應(yīng)碼字寬度。因此，對(duì)于任何與碼字寬度相關(guān)的的方法。本文中 ADC 的靜態(tài)性能指標(biāo)微分非線性、切的聯(lián)系，碼字寬度又和碼字寬度出現(xiàn)的概率成正比就可轉(zhuǎn)換為研究碼字出現(xiàn)的概率密度，通過(guò)對(duì)密

第二章 ADC 中 Dither 技術(shù)的應(yīng)用的電壓值不能夠被分辨。外部 Dither 技術(shù)能夠改善 ADC 的分辨率，使 1LSB 以下，但是該 Dither 信號(hào)必須滿足小幅度，具體的實(shí)現(xiàn)如下。先將幅度值小于 1LSB 隨機(jī)分布的小幅度 Dither 擾動(dòng)信號(hào)和輸入信號(hào)種可提高 ADC 轉(zhuǎn)換器分辨率的結(jié)構(gòu)。然后分別對(duì)未加擾和加擾的 A型進(jìn)行搭建，分析對(duì)比加擾技術(shù)對(duì) ADC 分辨率的改善效果。如圖 2.1ab 中的 simulink 下搭建的未加入擾動(dòng)的正弦信號(hào)量化過(guò)程仿真圖：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2814246