一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法

專利名稱：一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種自動測量技術，更確切地說涉及一種通(信)道增益及增益誤差、通(信)道延遲(相位)、相位誤差的自動測量方法。通過本發明的處理方法，可以在不提高測試設備速度和精度的條件下，提高測試結果的精度。
在現有的電子測量中，一般需使用性能遠高于被測器件的測試設備實施測試，由于測試設備的速度及精度有一定的局限，使得測量的精度受到限制；同時，當被測器件工作于高頻領域時，測試其振幅、相位等需要更高的采樣速度，一方面難以找到這樣的儀器及設備，另一方面大大增加了測試費用。
如在測試信號的振幅時，實現測試精度需要一定的過采樣及模數(ADC)轉換的精度，例如受測器件工作于100MHz，當需要的測試精度在1％以內時，則需要約6～7比特的ADC轉換精度，ADC的采樣速率約為64×100MHz，即6.4GSPS。
同樣，當被測試的兩個通道(或稱信道)的相位誤差精度為1ns時，測試設備中ADC的采樣速率至少為幾十GSPS，才能夠保證測試的精度要求。
從以上分析可知，雖然測試設備對于任何要求內的信號都可以完成測試目的，但由于測試設備是面向任意信號的測試，所以測試設備的所有性能，包括精度及速度、測試信號發生器的信號質量等必須遠遠高于被測器件、優于被測器件指標的要求，才能夠實現比較準確的測量。
圖2所示是利用差分結構測試振幅(增益)誤差的測試配置與基本原理，利用兩個信號的差進行增益誤差計算。包括測試信號發生器、被測的兩個通道-通道1與通道2和測試設備。測試信號同時送入被測的兩個通道及測試設備，兩個通道的輸出信號在減法器中作減法，而獲得兩個通道的增益誤差。測試設備接收測試輸入信號與經過精密放大后的兩個通道的增益誤差信號，通過比較及處理，而獲得被測的兩個通道間的增益誤差。
通道間增益誤差計算可通過將兩個通道的輸出信號幅度相減，再經精密放大后測量，但是由于通道間相位誤差的存在，使得振幅的測量精度受到制約。由于信號本身的相位誤差、模擬減法器的精度及放大(增益GAIN)電路精度等原因，會極大地限制測試精度。
對于同樣的輸入數據，不同通道在響應中，不同延遲即構成輸出的相位誤差。如圖6所示，輸入數據為INPUT，通道I與通道Q的兩個輸出信號分別為CHI_OUTPUT和CHQ_OUTPUT，GD為通道的響應延遲，TPE為兩個通道間響應延遲的誤差。可以認為，通道間的相位誤差主要由集成電路制造中的不確定因素造成的，其影響為隨機的，因相位誤差使集成芯片產品的成品率降低；相位誤差可以通過器件匹配控制在一定范圍內；當器件的通道匹配不能夠將相位誤差控制在精度要求內時，需要進行精確的測量與篩選。
圖3所示是對模擬信號的抽樣(量化)示意。Tsignal是一個信號周期，Tsample是一個抽樣周期，從圖中可以看到，對一模擬信號進行抽樣，可以獲得相關的振幅信息和相位信息。但是在某些情況下，誤差較大。
為了降低信號在量化過程中的誤差，通常采用的一種方法是在一個信號周期內增加采樣點的個數，這種方法，稱為過采樣，主要應用在信號頻率低的場合。當模數轉換(ADC)的采樣頻率及量化精度提高后，利用過采樣技術可以獲得精度較高的信號振幅及相位信息。例如被測信號為100KHZ，ADC的量化精度為12比特，采樣速度為50MSPS，則實際可以達到的測試精度為0.1％。如當信號頻率與抽樣頻率存在整數關系時，一個周期內的采樣與下一個周期內的采樣，其相位是相同的，就會導致采集的數據存在大的偏差。
但在高頻信號的條件下，利用現有測試設備實現精確的振幅及相位測試是很困難的。如假定測試信號頻率為10MHz，要求測試的正弦波振幅精度為0.1％，若要滿足測試信號在多個信道中增益匹配的條件，測試設備中ADC的轉換精度則需要在10比特以上，采樣速率在1.5GSPS左右。因此，在高頻信號的條件下，通常采用將X個信號周期內采樣點的相位均等分布的方法，由于采樣的相位在X個信號周期內各不相同，如果信號在各個周期內的變化小，則利用數字處理的方法，可以獲得較高的測試精度。
本發明方法的基本思想是利用信號周期性的特點，使用一般的測試設備對被測信號進行多周期的過采樣，對采樣結果在數字域進行不失真的運算，利用數字域進行振幅測量、通道增益測量、信號的相位測量及通道間相位誤差的測量，從而得到各測量結果。
實現本發明目的的技術方案是這樣的，一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于包括以下處理步驟A.由周期性信號發生器向被測通道輸送周期性模擬信號，被測通道輸出的模擬信號經模數轉換器(ADC)進行模數轉換，送數字信號處理器；B.數字信號處理器對N個周期內的采樣、量化結果進行折疊，通過相位的均勻分布，等效為一個周期內的超過采樣；C.由數字信號處理器中的通道增益處理模塊、通道增益誤差處理模塊、通道延遲處理模塊及通道相位誤差處理模塊分別對該等效的超過采樣數字信號進行通道增益、通道增益誤差、通道延遲及通道相位誤差計算。
所述步驟A中還包括在模數轉換器(ADC)與數字信號處理器之間增加一個FIR數字濾波器，該FIR數字濾波器的幅頻響應對應于單頻測量信號是一個常數，該FIR數字濾波器的相位響應是線性的，對應于單頻測量信號是一個常數。
所述步驟A中的模數轉換器(ADC)，是對應每一個測量通道設置一個模數轉換器(ADC)。
所述步驟A中的模數轉換器(ADC)，是對應全部測量通道設置一個模數轉換器(ADC)。
所述步驟B的采樣折疊，進一步包括以下處理步驟b1.設置正峰(PosPeak)及負峰(NegPeak)數據寄存器，并將正峰(PosPeak)及負峰(NegPeak)數據寄存器置為模數轉換器的輸出中間值MidValue；b2.設一個周期內進行模數轉換(ADC)的采樣個數為M，并對一計數器置數M；b3.取一個新的輸入數據(New Input Data)，當該輸入數據大于正峰時，讓該輸入數據替代正峰數據寄存器中的原有值，當該輸入數據小于負峰時，讓該輸入數據替代負峰數據寄存器中的原有值，對于小于正峰但大于負峰的輸入數據不進行操作；b4.對計數器進行減1操作，并返回執行步驟b3、b4，直至計數器M等于0時結束。
所述步驟C中，由所述通道增益處理模塊，通過將采樣結果逐個比較的方法找出正峰值和負峰值，再計算出振幅值；由所述的通道增益誤差處理模塊在通道增益處理模塊計算出的增益基礎上，通過比較兩個通道最大振幅得出兩個通道的增益誤差。
所述步驟C中通道相位處理模塊及通道相位誤差處理模塊的處理進一步包括以過采樣方式對固定頻率的兩個通道的正弦波輸出信號的過零點進行檢測；在采樣周期為Tsample，兩個正弦波輸出信號過零點之間(TE)存在n個采樣點時，計算通道相位誤差為n×Tsample。
所述的計算相位和相位誤差，進一步包括(1)對兩個通道的輸出信號同時進行采樣；(2)將每一個周期中兩個通道的采樣數據按照采樣順序分別存放在兩個堆棧寄存器中，每個通道每一個周期建立一個堆棧寄存器，兩個同周期的堆棧寄存器的相同地址處存儲相同采樣時間時的采樣數據；(3)通過對堆棧寄存器中數據進行重新排序，尋找到兩個通道信號的峰值，并通過求峰值的平均數值得到信號過零點的輸入數據；(4)在堆棧寄存器的數據中尋找過零點數據，對一個通道一個周期的過零點數據的地址進行標記，和將另一通道相同周期的該地址中的數據標記為過零點數據；(5)對數據的極性進行計算；(6)以一個通道過零點數據的地址為起始地址，以同一時間采樣的另外一個通道的數據作為該通道的起始地址，讀出該起始地址內數據的極性；(7)數據極性為正，將兩個通道起始地址中的數據數值加1，并在各自通道各周期內尋找與之相對應的數據，并分別存放在對應通道新堆棧寄存器中起始地址的位置加1處，連續操作直至將數據排列到正峰值，在數據極性為負時，將數據排列到負峰值；(8)將數據按照相反的極性進行遞增或遞減排列；(9)重復執行步驟(7)、(8)，直至將兩個通道的全部數據按照新的順序排列存放到新的堆棧寄存器內；(10)尋找兩個通道采樣信號的峰值，通過求峰值的平均數值得到信號的過零點；(11)利用重建后兩個過零點數據在堆棧寄存器中的相對地址n，計算信道延遲及相位誤差。
所述步驟(5)中對數據的極性進行計算進一步包括對數據按照地址遞增的順序進行微分運算，在結果為正時標志數據極性為正，在結果為負時標志數據極性為負；對于處于極性轉換之間的數據，按照峰值的差距及采樣的步長決定其極性，當前一個采樣的時間與采樣周期之和小于1/4周期，則數據的極性與前一個采樣的相同，否則則讓極性與之相反。
所述的步驟(11)進一步包括計算采樣單位間隔為Tunit，為Tunit＝Tsignal/(M×N)，M是每個采樣周期內的采樣點數、Tsignal為采樣周期時間，N為采樣周期；計算相位誤差TPE為TPE＝n×Tunit。
所述步驟C中通道延遲模塊及通道相位誤差處理模塊的處理進一步包括以一個通道正弦波輸出信號的過零點為時間基準，測量該時間基準時該另外一個通道正弦波輸出信號的幅度ΔV；根據兩個通道正弦波輸出信號的固定頻率特征，獲得兩個通道正弦波輸出信號過零點之間的時間差。
所述的獲得兩個通道正弦波輸出信號過零點之間的時間差，是在尋找到一個I通道的過零點并作為參考，直接利用數學方法計算另一通道Q的相位誤差tPE，在tPE為正時，Q通道相位超前I通道；在tPE為負時，Q通道相位落后I通道。
還包括針對兩個通道的增益不一致進行歸一化調整。
所述的利用數學方法計算及歸一化調整包括如下處理步驟(1)分別取通道I及通道Q的正、負峰值；(2)分別計算通道I、通道Q的振幅A(I)、A(Q)，為通道正峰值與負峰值的差值，并計算增益補償系數，為通道I、通道Q振幅的比值；(3)分別計算通道I、通道Q的過零點，為通道正峰與負峰差值的二分之一；(4)取與通道I過零點對應的通道Q的振幅值，和取與通道Q過零點對應的通道I的振幅值；(5)計算I、Q通道歸一化振幅誤差，分別為通道I過零點減去通道Q振幅值與增益補償系數的乘積，通道Q過零點減去通道I振幅值與增益補償系數的乘積；(6)分別計算I、Q通道相位，及通過對I、Q通道相位求平均獲得相位誤差。
還包括設置一個執行次數i，在i小于等于所需要的重復次數時，重復i次執行所述的計算與歸一化處理步驟。
在進行信道延遲和信道相位誤差測量時，需要在算法中實現從多周期過采樣量化到單周期超過采樣量化的轉換，將周期性信號在數字域重建單周期樣本，利用重建后樣本的數據相對地址計算信道延遲和相位誤差。
從多周期過采樣量化到單周期超過采樣量化的轉換是先對被測信號分別進行過采樣，采樣數據各自依次存儲在兩個數字堆棧中，同一時間的采樣數據存儲在對應位置，然后以基準通道信號的過零點為準重組排序成為單周期超過采樣樣本。測量的起始和結束，可以由同一個信號作觸發控制，從而不需要對觸發電路作更加精密的控制。
通過兩個超過采樣樣本的過零點的存儲器地址，可以計算出兩者之間的相位差；或者是通過對應于基準通道的過零點的被測信道的數據數值計算相位誤差，在后一種方法中，需對兩個超過采樣樣本進行增益的歸一化調整。
對多信道測試信號的量化可以使用多個ADC同步進行，也可以共用一個ADC；兩種方法對于增益和增益誤差的測試精度無影響；對于相位和相位誤差的測試，則前者精度較高，后者精度較低。
在數字處理前端，增加一個數字濾波器對采樣信號先行處理，以降低噪聲的影響，提高測量的準確度。
為排除測試過程中各種可能的偶然因素，提高測試準確度，采用自動多次重復測量，計算其平均值。
這種方法的優點在于不需要提高設備的速度和精度，但可以達到較高的測量精度。
本發明方法中的信道增益測量模塊、信道增益誤差測量模塊，其測量的精度與模數轉換器ADC的特性有關，當測量用輸入信號的頻率較低時，測量的精度較高，可以達到1ppm以上；當測量用輸入信號的頻率較高時，測量的精度較低，可以達到1％以上。
本發明方法中的通道延遲測量模塊、通道相位誤差測量模塊，其測量的精度與模數轉換器ADC的特性及測量用輸入信號的頻率有關，當測量用輸入信號的頻率不變時，ADC的精度越高則測量的精度越高；當ADC的精度不變時，測量用輸入信號的頻率越高則測量的精度越高。
測試的配置與原理如同

圖1或圖2，所不同的是信號源應該是能夠產生周期性信號的測試信號發生器，測試儀用的是內含等效超過采樣算法的儀器。
圖4所示是利用多周期(X)過采樣實現的精確測量波形示意圖，圖中，周期信號Tsignal，該正弦波信號頻率表示為Fsine，采樣信號Tsample，采樣信號頻率表示為Fsample，是將X個信號周期Tsignal內(X×T)采樣點的相位均等分布，由于采樣的相位在X個信號周期內各不相同，如果信號在各個周期內的變化小，則利用數字處理的方法，對X個周期內的量化結果進行折疊，由于相位的均勻分布，可以等效為一個周期T內的超過采樣，Tunit＝Fsample/Fsine×X，這種方法可以在頻率較高的場合獲得較高的測試精度。
參見圖5，是實現信號振幅精確測量的流程框圖。
步驟501，將模數轉換器輸出擺幅的中間值MidValue存入正峰、負峰數據寄存器中，PosPeak＝MidValue，NegPeak＝MidValue；步驟502，設一個周期內ADC的采樣個數為M，將一計數器置成該數M；步驟503，判斷M是否為0，當M＝0時執行步驟511，當M不等于0時執行步驟504；步驟504，取一個新的輸入數據(New Input Data)；步驟505，判斷該新的輸入數據是否大于正峰(PosPeak)，當新的輸入數據大于正峰時執行步驟506，當新的輸入數據不大于正峰時執行步驟5D7；步驟506，在新的輸入數據大于正峰時讓新的輸入數據替代正峰數據寄存器中的原有值，New Input Data＝PosPeak，并執行步驟509；步驟507，當新的輸入數據小于正峰則進一步判斷該新的輸入數據是否小于負峰(NegPeak)，低于負峰執行步驟508，不低于負峰執行步驟509；步驟508，在新的輸入數據低于負峰時讓新的輸入數據替代負峰數據寄存器中的原有值，New Input Data＝NegPeak，并執行步驟509；步驟509，將低于正峰但高于負峰的新的輸入數據存入序列存儲器中，和將高于正峰、低于負峰的輸入數據分別以正峰、負峰存入序列存儲器中；步驟510，讓M＝M-1，并返回步驟503執行。
步驟511，當M＝0時，進入孔徑處理器進行孔徑效應處理，和進入采樣重疊處理器對采樣折疊后發生的ADC采樣時間互相重疊的現象進行處理。本步驟可以選擇操作。
設定振幅測量中允許的誤差為3，允許的測量周期為N個，則abs(sin(ω(t+tsample))-sin(ωt))＜3abs(sin(ωt-tsample)-sin(ωt))＜3一個周期內ADC的采樣個數M=2tsignaltsample×N]]>上述公式表明，測量誤差決定ADC的精度，測量的周期及誤差決定ADC的采樣頻率。
在振幅和增益誤差的測量中，先進行振幅測量計算，是通過上述步驟將采樣結果存入存儲器，再對采樣結果進行增益算法計算，采用逐個比較的方法找出正峰值和負峰值，再計算出振幅值，計算出增益。
增益誤差是在計算出增益的基礎上進行的，通過兩個信道最大振幅的比較得出。
圖7所示，對于固定頻率的兩個正弦波輸出信號信道I與信道Q，測量其相位誤差可以有兩種方法以過采樣方式對正弦波過零點進行檢測，如采樣周期為Tsample，若在兩個正弦波過零點(TE)之間有n個采樣點存在，則其相位誤差為n×Tsample；以一個正弦波信道Q的過零點為基準，測量此時另外一個正弦波信道I的幅度ΔV，從固定頻率特征等方面獲得兩個正弦波過零點之間的時間差TE。
可以采用從過零點處或從峰值處測量相位誤差。上述兩種方法均采用從過零點處測量相位誤差，相對從峰值處測量容易。從下面的公式可以看出，從峰值處測量相位誤差，除需要有與過零點處相同的ADC轉換率外，還需要有更高的精度。
在過零點處有ΔV＝sin(2πfsignal(t+Tsample))sin(2πfsignalt)＝1＝2πfsignalTsampleΓ=TsampleTsignal;]]>
在峰值處有ΔV＝sin(2πfsignal(t+Tsample))sin(2πfsignalt)-0＝2πfsignalTsampleΓ=TsampleTsignal.]]>本發明對于相位和相位誤差的計算算法，則先要進行超過采樣樣本的生成，具體方法是對兩個信道CHANNEL I、CHANNEL Q同時進行采樣，將每一個周期的采樣數據按圖8所示的堆棧寄存器結構存放，如周期N、周期N+1，兩個堆棧寄存器的相同地址如D0、D1…，代表相同的采樣時間，形成一個通道、一個周期、一個堆棧寄存器的結構。
將一個周期內的M個采樣點按照采樣順序存放，N個周期的數據作M×N次處理。
然后對堆棧寄存器中數據進行重新排序，從前述的尋找峰值的方法(將大于正峰及小于負峰的輸入數據定為midvalue，和保存位于正峰與負峰間的輸入數據)，可以尋找到兩個通道信號的峰值。通過求峰值的平均數值得到信號過零點的輸入數據。Vcz(i)=PosPeaki+NegPeaki2]]>VCZ=Σi=110VCZ(i)]]>如圖9所示，在數據中尋找過零點，假定在I信道的第N個周期的地址D1中的數據為過零點數據，則將其表示為ADDI[base]，與之相對應的第N個周期具有相同地址D1的Q信道的數據則表示為ADDQ[base]。
下面對數據的極性進行計算。
(1)對數據按照地址遞增的順序進行微分運算，如結果為正，則標志數據極性為正；否則為負。
(2)對于處于極性轉換之間的數據，按照峰值的差距及采樣的步長決定其極性。當前一個采樣的時間與采樣周期之和小于1/4個周期，則極性與前一個采樣相同，否則，相反。
如圖10所示，以ADDI[base]和ADDQ[base]為基準，將兩個信道的數據進行重新排序。上半部分是信道I的數據重建，下半部分是信道Q的數據重建，上、下部分中左側是重組前的堆棧寄存器結構，右側是重組后的堆棧寄存器結構。
(1)ADDI[base]和ADDQ[base]地址D1的數據搬到新寄存器的起始地址處，將此地址標記為ADD
；(2)讀出地址ADDI[base]和ADDQ[base]中數據的極性；(3)如果極性為正，將ADDI[base]和ADDQ[base]中的數據數值加1，在各自通道各周期內尋找與之相對應的數據，如I通道N+k周期中地址D3內的數據，和Q通道N+p周期中地址D15內的數據，分別存放在I、Q通道新堆棧寄存器中起始地址的位置加1處，如D2處；如果有多個相同極性和數值的數據，則對新堆棧寄存器中的地址依次加1，將它們的數據分別存放在新寄存器內的這些地址中；(4)如果數據極性為正，數據排列到正峰值；如果數據極性為負，數據排列到負峰值；(5)將數據按照相反的極性進行遞增或遞減排列；(5)按照以上方法將數據存放在新的堆棧寄存器內，直至數據全部按照新的順序排列后結束。
完成數據重組后，進行相位及相位誤差的計算。
參見圖11，如果Q信道的相位滯后于I信道的相位，Q信道的過零點出現在casel的位置，計算ADDI[base]和VCZ(Q)之間的相對地址n的大小，則可以得到Q滯后于I的相位。
如果Q信道的相位超前于I信道的相位，Q信道的過零點出現在case2的位置，計算ADDI[base]和VCZ(Q)之間的相對地址n-1的大小，則可以得到Q滯后于I的相位。
假設一個周期內采樣點為M個，N個周期內采樣數據的相位各不相同，由于總的采樣點為M×N個，可以認為采樣點之間的間隔是均勻的。設周期時間為Tsignal，則可以簡單的計算出單位間隔TunitTunit＝Tsignal/(M×N)相位誤差可以計算為TPE＝n×Tunit圖12中所示為數據重建后的波形示意圖，上半部分是信道Q滯后于信道I的波形，下半部分是信道Q超前于信道I的波形。
計算相位誤差的另一種方法，是在尋找到一個信道的過零點后，可以直接利用數學的方法對相位誤差進行計算。
假定相位誤差為tPE以I信道的過零點VCZ(I)為參考，此時Q信道的數據數值ΔV＝AMP(Q)_ICZ，則Asin(2πfsignaltPE)＝AMP(Q)_ICZ-VCZ(I)A×(2πfsignaltPE)＝AMP(Q)_ICZ-VCZ(I)當tPE為正時，Q信道相位超前I信道；當tPE為負時，Q信道相位落后I信道。
使用這種方法時，由于兩個信道的增益不一致會導致一定的誤差，因此，需要針對增益進行歸一化調整。
顯然，由于使用超過采樣算法，以上兩種方法都可以準確地測量相位和相位誤差。
參見圖13，利用計算方法獲得相位誤差，全部的計算過程如下步驟131，取信道I的峰值，正峰PosPeak(I)，負峰NegPeak(I)，取信道Q的峰值，正峰PosPeak(Q)，負峰NegPeak(Q)；步驟132，計算信道I的振幅A(I)，A(I)＝PosPeak(I)-NegPeak(I)，計算信道Q的振幅A(Q)，A(Q)＝PosPeak(Q)-NegPeak(Q)，計算增益補償系數GainCopm，GainCopm＝A(I)/A(Q)；步驟133，計算信道I的過零點，Icz＝(PosPeak(I)-NegPeak(I))/2，計算信道Q的過零點，Qcz＝(PosPeak(Q)-NegPeak(Q))/2；
步驟134，取與信道I過零點對應的信道Q的值AMP(Q)_Icz，取與信道Q過零點對應的信道I的值AMP(I)_Qcz步驟135，計算歸一化振幅誤差，AMPError_Icz＝Vcz(I)-AMP(Q)_Qcz×GainCopmAMPError_Qcz＝Vcz(Q)-AMP(I)_Qcz/GainCopm步驟136，計算相位誤差，Δt1＝arcsin(AMPError_Icz)/2πfsignal)Δt2＝arcsin(AMPError_Qcz)/2πfsignal)Δt(i)＝(Δt1+Δt2)/2步驟137，設置一個重復執行上述步驟的次數i，如果i＜＝10則進行重復直到i＝0時結束，i根據需要設置；否則，取平均值并結束。
在測試過程中，存在著測量儀器的誤差、系統誤差和不可預見的偶然誤差等，為排除測試過程中各種可能的偶然因素，提高測試準確度，采用自動多次重復測量，計算其平均值。
為了增加測量的準確性，降低燥聲的影響，需要利用數字濾波器對采樣的信號先進行處理。數字濾波器的系數是浮點的，因此對數據的精度不產生影響；數字濾波器的相位是線性的，對于一個固定頻率的測試信號，其相位響應為一個常數；對一個固定頻率的測試信號，其幅頻響應為一個常數。
數字濾波器需要對50Hz-60Hz的電源噪聲及其諧波和高頻噪聲進行抑制。同時，由于數字濾波器需要有一個初始化階段，因此，前面Y(開始的Y個輸出)個TAP(數字濾波器的階數)的數據需要丟棄，但是不影響測量的準確性。
權利要求
1.一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于包括以下處理步驟A.由周期性信號發生器向被測通道輸送周期性模擬信號，被測通道輸出的模擬信號經模數轉換器(ADC)進行模數轉換，送數字信號處理器；B.數字信號處理器對N個周期內的采樣、量化結果進行折疊，通過相位的均勻分布，等效為一個周期內的超過采樣；C.由數字信號處理器中的通道增益處理模塊、通道增益誤差處理模塊、通道延遲處理模塊及通道相位誤差處理模塊分別對該等效的超過采樣數字信號進行通道增益、通道增益誤差、通道延遲及通道相位誤差計算。
2.根據權利要求1所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述步驟A中還包括在模數轉換器(ADC)與數字信號處理器之間增加一個FIR數字濾波器，該FIR數字濾波器的幅頻響應對應于單頻測量信號是一個常數，該FIR數字濾波器的相位響應是線性的，對應于單頻測量信號是一個常數。
3.根據權利要求1或2所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述步驟A中的模數轉換器(ADC)，是對應每一個測量通道設置一個模數轉換器(ADC)。
4.根據權利要求1或2所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述步驟A中的模數轉換器(ADC)，是對應全部測量通道設置一個模數轉換器(ADC)。
5.根據權利要求1所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述步驟B的采樣折疊，進一步包括以下處理步驟b1.設置正峰(PosPeak)及負峰(NegPeak)數據寄存器，并將正峰(PosPeak)及負峰(NegPeak)數據寄存器置為模數轉換器的輸出中間值MidValue；b2.設一個周期內進行模數轉換(ADC)的采樣個數為M，并對一計數器置數M；b3.取一個新的輸入數據(New Input Data)，當該輸入數據大于正峰時，讓該輸入數據替代正峰數據寄存器中的原有值，當該輸入數據小于負峰時，讓該輸入數據替代負峰數據寄存器中的原有值，對于小于正峰但大于負峰的輸入數據不進行操作；b4.對計數器進行減1操作，并返回執行步驟b3、b4，直至計數器M等于0時結束。
6.根據權利要求1所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述步驟C中，由所述通道增益處理模塊，通過將采樣結果逐個比較的方法找出正峰值和負峰值，再計算出振幅值；由所述的通道增益誤差處理模塊在通道增益處理模塊計算出的增益基礎上，通過比較兩個通道最大振幅得出兩個通道的增益誤差。
7.根據權利要求1所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述步驟C中通道相位處理模塊及通道相位誤差處理模塊的處理進一步包括以過采樣方式對固定頻率的兩個通道的正弦波輸出信號的過零點進行檢測；在采樣周期為Tsample，兩個正弦波輸出信號過零點之間(TE)存在n個采樣點時，計算通道相位誤差為n×Tsample。
8.根據權利要求7所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述的計算相位和相位誤差，進一步包括(1)對兩個通道的輸出信號同時進行采樣；(2)將每一個周期中兩個通道的采樣數據按照采樣順序分別存放在兩個堆棧寄存器中，每個通道每一個周期建立一個堆棧寄存器，兩個同周期的堆棧寄存器的相同地址處存儲相同采樣時間時的采樣數據；(3)通過對堆棧寄存器中數據進行重新排序，尋找到兩個通道信號的峰值，并通過求峰值的平均數值得到信號過零點的輸入數據；(4)在堆棧寄存器的數據中尋找過零點數據，對一個通道一個周期的過零點數據的地址進行標記，和將另一通道相同周期的該地址中的數據標記為過零點數據；(5)對數據的極性進行計算；(6)以一個通道過零點數據的地址為起始地址，以同一時間采樣的另外一個通道的數據作為該通道的起始地址，讀出該起始地址內數據的極性；(7)數據極性為正，將兩個通道起始地址中的數據數值加1，并在各自通道各周期內尋找與之相對應的數據，并分別存放在對應通道新堆棧寄存器中起始地址的位置加1處，連續操作直至將數據排列到正峰值，在數據極性為負時，將數據排列到負峰值；(8)將數據按照相反的極性進行遞增或遞減排列；(9)重復執行步驟(7)、(8)，直至將兩個通道的全部數據按照新的順序排列存放到新的堆棧寄存器內；(10)尋找兩個通道采樣信號的峰值，通過求峰值的平均數值得到信號的過零點；(11)利用重建后兩個過零點數據在堆棧寄存器中的相對地址n，計算信道延遲及相位誤差。
9.根據權利要求8所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述步驟(5)中對數據的極性進行計算進一步包括對數據按照地址遞增的順序進行微分運算，在結果為正時標志數據極性為正，在結果為負時標志數據極性為負；對于處于極性轉換之間的數據，按照峰值的差距及采樣的步長決定其極性，當前一個采樣的時間與采樣周期之和小于1/4周期，則數據的極性與前一個采樣的相同，否則則讓極性與之相反。
10.根據權利要求8所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述的步驟(11)進一步包括計算采樣單位間隔為Tunit，為Tunit＝Tsignal/(M×N)，M是每個采樣周期內的采樣點數、Tsignal為采樣周期時間，N為采樣周期；計算相位誤差TPE為TPE＝n×Tunit。
11.根據權利要求1所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述步驟C中通道延遲模塊及通道相位誤差處理模塊的處理進一步包括以一個通道正弦波輸出信號的過零點為時間基準，測量該時間基準時該另外一個通道正弦波輸出信號的幅度ΔV；根據兩個通道正弦波輸出信號的固定頻率特征，獲得兩個通道正弦波輸出信號過零點之間的時間差。
12.根據權利要求11所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述的獲得兩個通道正弦波輸出信號過零點之間的時間差，是在尋找到一個I通道的過零點并作為參考，直接利用數學方法計算另一通道Q的相位誤差tPE，在tPE為正時，Q通道相位超前I通道；在tPE為負時，Q通道相位落后I通道。
13.根據權利要求12所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于還包括針對兩個通道的增益不一致進行歸一化調整。
14.根據權利要求13所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于所述的利用數學方法計算及歸一化調整包括如下處理步驟(1)分別取通道I及通道Q的正、負峰值；(2)分別計算通道I、通道Q的振幅A(I)、A(Q)，為通道正峰值與負峰值的差值，并計算增益補償系數，為通道I、通道Q振幅的比值；(3)分別計算通道I、通道Q的過零點，為通道正峰與負峰差值的二分之一；(4)取與通道I過零點對應的通道Q的振幅值，和取與通道Q過零點對應的通道I的振幅值；(5)計算I、Q通道歸一化振幅誤差，分別為通道I過零點減去通道Q振幅值與增益補償系數的乘積，通道Q過零點減去通道I振幅值與增益補償系數的乘積；(6)分別計算I、Q通道相位，及通過對I、Q通道相位求平均獲得相位誤差。
15.根據權利要求14所述的一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，其特征在于還包括設置一個執行次數i，在i小于等于所需要的重復次數時，重復i次執行所述的計算與歸一化處理步驟。
全文摘要
本發明涉及一種通道增益及增益誤差、延遲及相位誤差的測量方法，使用一般測試設備，進行高精度自動測量。包括由周期性信號發生器向被測通道輸送周期性模擬信號，輸出信號經模數轉換后送數字信號處理器；數字信號處理器對N個周期內的采樣、量化結果進行折疊，通過相位的均勻分布，等效為一個周期內的超過采樣；由增益、增益誤差、延遲及相位誤差處理模塊分別對該等效的超過采樣數字信號在數字域進行不失真的運算，再利用數字域進行增益、增益誤差、延遲及相位誤差計算。為降低噪聲的影響，可在數字處理之前加一個FIR濾波器以降低噪聲的影響，且不會影響測量精度。通過多次測量和求平均值，可減少因系統誤差及偶然誤差帶來的測量誤差。
文檔編號H04B17/00GK1420646SQ0113507
公開日2003年5月28日 申請日期2001年11月19日 優先權日2001年11月19日
發明者白建軍, 尹登慶 申請人:華為技術有限公司