测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法和系统，首先在时间交织模数转换系统输入测试信号，将采样后的输出信号进行傅里叶变换，估算出每个子通道的增益误差和偏置误差，在时域中完成增益和偏置误差的校正，然后确定每一路子通道的时间误差。与现有的技术方法相比，本发明专利技术可以在线同时估计三种失配误差；当外界的环境改变电路的失配误差时，只需重新输入测试信号即可，无需改变整个系统或者重新设计硬件电路；对输入的测试信号的频率与通道数没有限制；不需要迭代，可以根据输入的测试信号直接定位，设计原理比较简单，计算复杂度较少，而且估计的精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号采样
，特别是涉及一种测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法和系统。
技术介绍
在信号处理领域，模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)作为接口电路，有着不可或缺的作用。通过模数转换器可以将输入的模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号输送给高速数据处理电路。随着技术的发展，信号的带宽越来越高，甚至达到了G赫兹级。G赫兹级的宽带对模数转换器的性能提出了更高的要求。由于当前芯片工艺的限制，单片ADC精度的提高需要以牺牲采样速度为代价，同时还伴随着量化精度以及时钟稳定性的下降。时间交织采样结构就能有效解决以上问题，其基本思想是在前端采用多片ADC并列的结构，每一路单片ADC逐次采样，后端在串行多路的复用，整体上等效为一个高速的转换器。一个典型的M通道TIADC(Time-interleaved Analog-to-Digital Converter，时间交织模数转换系统)拥有M片ADC，每一片ADC都有相同的采样率，如果每个ADC采样率为fs，那整个TIADC系统理论上等效于一个采样率高达M·fs的单个ADC。该方法的主要问题是要保证每一通道的单片ADC的高度一致性。但是由于制造工艺与应用环境的不同，实际上很难保证每一片ADC的一致性，必然引入系统误差。采用时间交织采样结构的ADC系统的性能主要受三类误差影响，第一是由于电路的分布网络导致通道间采样时钟相位不精确，从而所产生的相邻通道采样间隔不均匀的时间误差；第二就是每一片ADC由于制造工艺的限制或通道间的不一致导致各个通道之间模拟输入与数字输出的增益不一，从而所产生的增益误差；第三就是由于各个通道之间地接电平不相同所导致的各个通道幅度的偏置常量，称为偏置误差。传统的估计与校正方法都是将时间误差、增益误差和偏置误差分开进行估计与校正。其中主要的估计方法可以分为两种：一种是未知输入信号的盲估计法，另一种是要求输入频谱纯净的测试信号作为校正源的非盲估计方法。盲估计法存在计算的复杂度高，对通道数有限制等缺陷。输入频谱纯净的测试信号作为校正源的估计方法对输入信号的频率有限制，设计复杂，难以满足高速采样系统的要求。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种对输入信号无限制且计算简单的测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法和系统。为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法，包括步骤：获取输入测试信号后时间交织模数转换系统的输出信号；对输出信号进行傅里叶变换，得到第一信号；根据增益误差和偏置误差在第一信号上出现的频点，获得各个子通道的增益误差和偏置误差；根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新采样函数；对各个子通道的新采样函数进行傅里叶变换，得到第二信号；将各个子通道的新采样函数交织合并后进行傅里叶变换，得到第三信号；根据第二信号和第三信号之间的关系式、第一频点和第二频点，获得第一频点对应的第一通道以及第二频点对应的第二通道，其中第一频点和第二频点为使第二信号的幅值不为零的频点；根据第一频点、第一通道、第二频点和第二通道，获得各个子通道的时间误差。一种测量时间交织模数转换系统的失配误差的系统，包括：输出信号获取模块，用于获取输入测试信号后时间交织模数转换系统的输出信号；第一信号获得模块，用于对输出信号进行傅里叶变换，得到第一信号；增益和偏置误差获得模块，用于根据增益误差和偏置误差在第一信号上出现的频点，获得各个子通道的增益误差和偏置误差；新采样函数获得模块，用于根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新采样函数；第二信号获得模块，用于对各个子通道的新采样函数进行傅里叶变换，得到第二信号；第三信号获得模块，用于将各个子通道的新采样函数交织合并后进行傅里叶变换，得到第三信号；通道获得模块，用于根据第二信号和第三信号之间的关系式、第一频点和第二频点，获得第一频点对应的第一通道以及第二频点对应的第二通道，其中第一频点和第二频点为使第二信号的幅值不为零的频点；时间误差获得模块，用于根据第一频点、第一通道、第二频点和第二通道，获得各个子通道的时间误差。本专利技术测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法和系统，首先在时间交织模数转换系统输入测试信号，将采样后的输出信号进行傅里叶变换，估算出每个子通道的增益误差和偏置误差，在时域中完成增益和偏置误差的校正，然后确定每一路子通道的时间误差。与现有的技术方法相比，本专利技术可以在线同时估计三种失配误差；当外界的环境改变电路的失配误差时，只需重新输入测试信号即可，无需改变整个系统或者重新设计硬件电路；对输入的测试信号的频率与通道数没有限制；不需要迭代，可以根据输入的测试信号直接定位，设计原理比较简单，计算复杂度较少，而且估计的精度高。附图说明图1为本专利技术测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法实施例的流程示意图；图2为时间交织模数转换系统实施例的示意图；图3为通道中三种失配误差示意图；图4为输入信号与存在三类失配误差的输出信号；图5为RMSE(dB)与偏置误差的示意图；图6为RMSE(dB)与增益误差的示意图；图7为RMSE(dB)与时间误差的示意图；图8为本专利技术测量时间交织模数转换系统的失配误差的系统实施例的结构示意图；图9为本专利技术通道获得模块实施例的结构示意图；图10为本专利技术时间误差获得模块实施例的结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本专利技术的技术方案，进行清楚和完整的描述。如图1所示，一种测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法，包括步骤：S110、获取输入测试信号后时间交织模数转换系统的输出信号；S120、对输出信号进行傅里叶变换，得到第一信号；S130、根据增益误差和偏置误差在第一信号上出现的频点，获得各个子通道的增益误差和偏置误差；S140、根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新采样函数；S150、对各个子通道的新采样函数进行傅里叶变换，得到第二信号；S160、将各个子通道的新采样函数交织合并后进行傅里叶变换，得到第三信号；S170、根据第二信号和第三信号之间的关系式、第一频点和第二频点，获得第一频点对应的第一通道以及第二频点对应的第二通道，其中第一频点和第二频点为使第二信号的幅值不为零的频点；S180、根据第一频点、第一通道、第二频点和第二通道，获得各个子通道的时间误差。在步骤S110中，输入的测试信号可以为余弦信号A cos(2πfint+θ)，其中A为余弦信号的幅值，fin为余弦信号的频率，θ为余弦信号的初始相位，t为时间。输入的测试信号还可以为其它信号，例如正弦信号等。当输入其他信号时各参量的含义相同，此时A为测试信号的幅值，fin为测试信号的频率，θ为测试信号的初始相位。输入测试信号后，TIADC的输出信号为s(n)。在步骤S120中，对输出信号为s(n)进行傅里叶变换，例如进行快速傅里叶变换FFT，得到第一信号S(ejω)。在步骤S130中，根据第一信号S(ejω)，获取增益误差增益gi和偏置误差ai产生的误差幅值在频域上出现在第一信号S(ejω)上的频点。在一个实施例中，增益误差gi在第一信号S(ejω)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法，其特征在于，包括步骤：获取输入测试信号后时间交织模数转换系统的输出信号；对输出信号进行傅里叶变换，得到第一信号；根据增益误差和偏置误差在第一信号上出现的频点，获得各个子通道的增益误差和偏置误差；根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新采样函数；对各个子通道的新采样函数进行傅里叶变换，得到第二信号；将各个子通道的新采样函数交织合并后进行傅里叶变换，得到第三信号；根据第二信号和第三信号之间的关系式、第一频点和第二频点，获得第一频点对应的第一通道以及第二频点对应的第二通道，其中第一频点和第二频点为使第二信号的幅值不为零的频点；根据第一频点、第一通道、第二频点和第二通道，获得各个子通道的时间误差。

【技术特征摘要】
1.一种测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法，其特征在于，包括步骤：获取输入测试信号后时间交织模数转换系统的输出信号；对输出信号进行傅里叶变换，得到第一信号；根据增益误差和偏置误差在第一信号上出现的频点，获得各个子通道的增益误差和偏置误差；根据原采样函数、增益误差和偏置误差得到各个子通道的新采样函数；对各个子通道的新采样函数进行傅里叶变换，得到第二信号；将各个子通道的新采样函数交织合并后进行傅里叶变换，得到第三信号；根据第二信号和第三信号之间的关系式、第一频点和第二频点，获得第一频点对应的第一通道以及第二频点对应的第二通道，其中第一频点和第二频点为使第二信号的幅值不为零的频点；根据第一频点、第一通道、第二频点和第二通道，获得各个子通道的时间误差。2.根据权利要求1所述的测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法，其特征在于，根据第二信号和第三信号之间的关系式、第一频点和第二频点，获得第一频点对应的第一通道以及第二频点对应的第二通道的步骤包括：根据第一频点和所述关系式，获得使的幅值函数不为零的第一通道k1，其中第一频点ωk1＝2πTs(fs-fin)，所述关系式为：fs为各个子通道的采样频率，fin为测试信号的频率，Yi为i通道的第二信号，e为自然指数，j为虚数单位，Y为第三信号，M为总的通道数，i＝(0，.....M-1)，Δti为i通道的时间误差；根据第二频点和所述关系式，获得使的幅值函数不为零的第二通道k2，其中第二频点ωk2＝2πTsfin。3.根据权利要求1所述的测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法，其特征在于，根据第一频点、第一通道、第二频点和第二通道，获得各个子通道的时间误差的步骤包括：根据第一频点ωk1、第一通道k1以及表达式获得第一时间误差，其中m＝(0，.....M-1)，M为总的通道数，Δtm为m通道的时间误差，ln为自然对数，Ym为m通道的第二信号，e为自然指数，j为虚数单位，Y0为0通道的第二信号，ω<2π>＝((ω+π)mod2π)-π，mod为求余运算，Ts＝1/fs，fs为各个子通道的采样频率；根据第二频点ωk2、第二通道k2以及表达式获得第二时间误差；根据第一时间误差和第二时间误差的平均值，获得各个子通道的时间误差。4.根据1至3任意一项所述的测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法，其特征在于，根据表达式得到各个子通道的新采样函数，其中i＝(0，.....M-1)，M为总的通道数，为i通道的新采样函数，sADCi为i通道的原采样函数，ai为i通道的偏置误差，gi为i通道的增益误差。5.根据1至3任意一项所述的测量时间交织模数转换系统的失配误差的方法，其特征在于，增益误差在第一信号上出现的频点偏置误差在第一信号上出现的频点其中i＝(1，.....M)，M为总的通道数，fs为各个子通道的采样频率，fin为测试信号的频率。6.一种测量时间交织模数转换系统的失配误差的系统，其特征在于，包括：输出信号获取模块，用于获...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇，李锐锐，谭洪舟，农革，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44