一種新的針對TIADC系統時間誤差的估計方法與流程

本發明屬于高速高精度模擬數字轉換技術領域，涉及一種基于曲線擬合的TIADC（Time-InterleavedAnalog-to-digitalConverter，時間交替模擬數字轉換）系統時間失配誤差估計方法。

背景技術：
高速度高精度模數轉換是模擬信號轉換為數字信號的重要“橋梁”，然而傳統的ADC由于器件工藝制造水平的限制很難同時具備高速度和高精度兩種性能。一種采用并行時間交替工作的ADC結構（TIADC）被認為是最具創新性的解決方案。這種并行時間交替ADC由M個獨立的并行子通道組成，各個子通道以fs/M的采樣頻率對同一個輸入的模擬信號進行分時交替采樣，然后將M個子通道的輸出重組為一組數字輸出信號。這樣，整個并行時間交替ADC的采樣頻率為fs。理想工作條件下，對于具有M個獨立的并行子通道的并行時間交替ADC系統的采樣頻率為子通道采樣頻率的M倍。然而由于實際制造工藝的水平限制，使得各個子通道之間產生以下幾種失配誤差：增益失配誤差（Gainmismatch）、直流偏置失配誤差（Offsetmismatch）和時間失配誤差（Timingmismatch）。這些通道失配誤差使得TIADC系統的動態無雜散范圍（SFDR）大大降低，嚴重影響了TIADC系統的性能。其中，增益失配誤差和直流偏置失配誤差可以通過在各個子通道輸出信號通路上添加一個加法器和除法器消除，但是時間失配誤差卻比較難以估計。國內外針對時間失配誤差的研究很多，提出了諸多時間失配誤差的估計技術。如ElbornssonJ提出了基于最小均方差（LMS）的估計算法等等。研究表明，這些已經公開的估計算法雖然能夠有效地實現TIADC系統的時間失配誤差的估計任務，但是卻帶來了諸如計算復雜度較高、難以用硬件實現等缺點。

技術實現要素：
針對現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種新的針對時間交替模數轉換系統時間誤差的估計方法。該方法采用曲線擬合的數學方法優化估計結果，簡化了運算，提高了轉換速度和精度。本發明利用最小均方差的數學方法，實現TIADC系統時間失配誤差的估計，并采用曲線擬合的數學方法優化估計結果，通過求解最優采樣點數和迭代次數達到降低計算復雜度的目的。對于M通道的TIADC系統第i路實際采樣量化輸出值為：yi[n]＝x((nM+i)Ts+ti)(1)式中，i=1，2，…，M，為通道序號，n為采樣時刻，yi[n]為采樣時刻為n時第i通道的量化輸出值，x(t)為等轉換的模擬電壓信號，ti為TIADC系統的時間失配誤差，Ts為TIADC系統的采樣周期。利用最小均方差的數學方法實現TIADC系統時間失配誤差的估計。時間失配誤差由下式計算：式中，ti(0)為時間失配誤差估計結果，N為采樣點數。以ti(0)為初始值迭代l次后的時間失配誤差估計結果ti(l)為：對于M通道TIADC系統，依據公式（2）和（3）可以得到粗略的時間失配誤差估計結果；以公式（2）的估計值作為初始值采用迭代的方法，依據公式（4）和（5）可以得到相對精確的時間失配誤差估計結果。然而，公式（4）和（5）需要進行高復雜度的迭代運算，大大影響了轉換速度的提高。為此，本發明提出了采用曲線擬合的數學方法優化估計結果的方案。設采樣點數或迭代次數為自變量x，估計值和實驗設定真實值的差與設定真實值的比值為相對誤差y。y的表達式為：式中，t0為估計出的時間失配誤差，t為驗證算法設置的真實的時間失配誤差。相關實驗結果表明，相對誤差與采樣點數、迭代次數成冪函數關系，即：y＝axb（7）式中，a、b為待定系數。（7）式兩邊取對數得：lny＝lna+blnx（8）令Y＝lny,X＝lnx,A＝lna,B＝b，得線性方程：Y＝A+BX設樣本數為m，可得到下面的關于A、B的線性方程組：解方程組（9）可求得A、B的值，代入A＝lna,B＝b可求得a、b的值。根據上面的求解方法，可分別求出最優的采樣點數和迭代次數。根據最終確定的采樣點數和迭代次數，由公式（4）得到通道時間失配誤差，作為后端補償模塊的輸入。本發明的有益效果是：（1）擬合曲線的求解可離線進行。TIADC系統正常工作時，可利用求得的擬合曲線直觀得出最佳采樣點數和迭代次數，與盲目確定采樣點數和迭代次數相比降低了繁雜的迭代運算的次數，使轉換速度得以大大提高。（2）本發明所涉及的輸入模擬信號，除了要求該信號滿足奈奎斯特采樣定理外，不引入其他任何限制條件。所述方法不需要預先知道輸入信號的任何信息，屬于盲校正的工作方式，因此具有盲校正的特點。（3）本發明所述方法，由于轉換精度隨采樣點數和迭代次數不同而改變，因此可以針對不同應用領域和精度需求，根據擬合后的曲線作出快速應對策略，屬于可調精度的工作方式，具有靈活的精度范圍。附圖說明圖1為時間交替模擬數字轉換系統的示意圖；圖2為本發明所述方法的流程圖；圖3為本發明實施例求得的第4通道采樣點數與相對誤差的擬合曲線；圖4為發明實施例求得的第4通道迭代次數與相對誤差的擬合曲線。具體實施方式下面結合附圖和實施實例對本發明作進一步的說明。圖1為時間交替模擬數字轉換系統的示意圖。本實施例采用的TIADC系統的通道數M=4，采樣周期為Ts，通道失配參數為ti(0)（i=0,1,2,3），樣本數m=100。圖2為本發明所述方法的流程圖，具體包括以下步驟：步驟一，確定樣本數m=100，設置真實時間誤差t(k＝0,1,2,3)=0,0.02*Ts,0.01*Ts,0.02*Ts。步驟二，求每個通道的采樣點數和相對誤差的擬合曲線方法如下：（1）設采樣點數為x，相對誤差為y。取m個不同的采樣點數xi，i=1,2,…,m，依據公式（2）和（6）求m個相對誤差yi，i=1,2,…,m。（2）令X＝lnx,Y＝lny，求Xi,Yi。（3）解方程組（9），求A、B的值。（4）由A＝lna1,B＝b1可求得a1、b1的值，得到擬合曲線圖3是求得的第4通道采樣點數和相對誤差的擬合曲線。步驟三，根據精度要求由步驟二求得的擬合曲線確定采樣點數。步驟四，求每個通道的迭代次數和相對誤差的擬合曲線方法如下：（1）設迭代次數為x，相對誤差為y。取m個不同的迭代次數xi，i=1,2,…,m，依據公式（4）和（6）求m個相對誤差yi，i=1,2,…,m。（2）令X＝lnx,Y＝lny，求Xi,Yi。（3）解方程組（9），求A、B的值。（4）由A＝lna2,B＝b2可求得a2、b2的值，得到擬合曲線圖4是求得的第4通道迭代次數和相對誤差的擬合曲線。步驟五，根據精度要求由步驟四求得的擬合曲線確定迭代次數。步驟六，根據迭代次數，依據公式（4）求解時間失配誤差。步驟七，如果需要改變TIADC系統的精度，轉步驟三，重復步驟三～六，重新確定采樣點數和迭代次數，由公式（4）求時間失配誤差。步驟八，輸出計算的時間失配誤差到后端補償模塊。表1是采用本發明所述方法與ElbornssonJ提出的估算方法求TIADC系統的時間失配誤差的對比。由表1可知在相同相對誤差的精度下，本發明與ElbornssonJ提出的估算方法相比，采樣點數降低了49.7%，迭代次數降低了35%。采樣點數和迭代次數的降低可以大大地降低TIADC系統的計算復雜度，而計算復雜度是影響TIADC系統轉換速度的重要因素，因此本發明提高了TIADC系統的轉換速度。表1本發明和已有算法性能對比方法采樣點數迭代次數相對誤差本發明所述方法50,3002610-5ElbornssonJ100,0004010-5