ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法，首先利用被测ADC输出信号的频域信息对被测ADC的测量周期、幅度、初始相位和直流分量进行估计，然后对削顶输出信号进行第一次重构并进行削顶处理得到重构的削顶输出信号，在被测ADC输出信号中减去第一次重构的削顶输出信号，基于剩余信号对幅度误差进行估计，然后对削顶输出信号进行第二次重构并进行削顶处理得到第二次重构的削顶输出信号，在被测ADC输出信号中第二次重构的削顶输出信号替换为未削顶相关采样输出信号，即可对非相干采样信号恢复得到相干采样信号。采用本发明专利技术对被测ADC在超量程输入与非相干采样条件下得到的采样信号进行恢复得到相干采样信号，实现ADC的精确测试。

【技术实现步骤摘要】
ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法
本专利技术属于ADC参数测试
，更为具体地讲，涉及一种ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法。
技术介绍
模拟转换器(Analogue-To-DigitalConverter，ADC)是模拟信号到数字信号的转换工具，广泛应用于各类系统的信号采集环节，是信号采集和数字信号处理系统的重要组成部分，同时也是集成电路测试系统的重要组成部分。对于集成电路测试系统来说，保证ADC参数的精确测量是非常重要的。ADC的参数包含静态参数和动态参数两大类。目前针对ADC芯片众多动态性能指标的验证，通常的测试方法是ADC的输入端输入一个完美的正弦信号，被测ADC对信号进行量化转换输出，运用离散傅里叶变换转换成频谱来分析ADC的参数指标。IEEE1241测试标准中要求输入信号的幅度范围要略低于被测ADC满量程范围，输入范围过大或过小均会导致动态参数测试不准确，输入范围超过被测ADC满量程范围称为超量程输入。为了避免超量程输入，就需要对输入信号幅度范围进行精准的控制，意味着对产生输入信号的测试设备精度要求高，会增加测试成本。此外还需要对输入信号进行相干采样，如果没有对输入信号进行相干采样，输出信号频谱上将出现裙边效应，基频对应的量化索引将不再是唯一索引，出现频谱泄露现象，标准条件下的参数计算公式将不再适用。图1是超量程输入下被测ADC输出信号的频域图。图2是超量程输入下被测ADC输出信号的时域图。如图1和图2所示，这两幅图像绘制了超出满量程范围10％时被测ADC输出信号的频域图和时域图。可以看出，超量程输入时输出信号在时域上为正弦信号顶部和底部的失真，而在频域上则直接体现为大量的杂散失真。严重的杂散失真不仅掩盖了真实的谐波分量，也差点对基波的识别造成影响。这样的频谱信息显然是无法直接利用测量标准的公式进行处理的，即无法得到ADC动态参数的准确测量。当输入信号为超量程输入而被测ADC又采用非相干采样时，会加剧以上情况。图3是超量程输入与非相干采样下的被测ADC输出信号的频域图。图4是超量程输入与非相干采样下的被测ADC输出信号的时域图。对比图2和图4可知，当输入信号为超量程输入而被测ADC又采用非相干采样时，其输出信号的时域图像差别不大，依然是在信号底部和顶部出现削顶现象。但是对比图1和图3可知在频域上，频谱不仅存在由超量程输入引起的大量杂散失真，而且出现了严重的频谱泄露现象，这个频谱信息无法进行公式计算出ADC参数。虽然输入信号为超量程输入而被测ADC又采用非相干采样时其输出信号的信息无法满足ADC参数测试需求，但是这种方式可以降低对测试设备和测试条件的要求，降低测试成本。如果可以对这种情况下的频谱信息进行有效的处理，消除频谱泄露和杂散失真得到干净的频谱信息，就可以实现对ADC参数的准确测试。目前已有学者对上述问题进行研究并提出了处理算法，例如爱荷华州立大学陈德刚教授团队提出了一种信号处理算法(参见文献“ZhuangY,ChenD.AlgorithmsforAccurateSpectralAnalysisinthePresenceofArbitraryNoncoherencyandLargeDistortion[J].IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,2017,66(10):2556-2565.”)，该方法首先对幅度、直流偏量、测量周期、相位进行估计，然后进行信号重构，将原始输出信号中非相干采样和削顶的基波部分替换成理想基波，从而实现对输出信号的有效处理。但是经过深入分析可知，该方法仍然存在局限：该方法在对相位和测量周期小数部分进行精细估计时，需要利用输出信号时域的过零点进行最小二乘拟合来进行。图5是输出信号时域过零点最小二乘拟合的示意图。如图5所示，拟合直线的截距为初始相位误差，斜率为测量周期数小数部分的2π/M倍，其中M表示采样点数，变量为过零点对应的采样点的索引。从理论上来说，要得到准确的拟合直线隐含了一个默认条件，即每一处的过零点集至少包含两个采样点，如果每一处的过零点集只有一个点，根据均匀采样输出信号的每个周期内的过零点会出现在同一个位置且值相同，无法对过零点集进行有效的拟合，且在某些情况下，过零点处将没有采样点存在。例如当采样率为250MHz，信号频率为25MHz，初始相位为π/3，信号是峰峰值为2.02V的正弦波，采样点数为16384。这种情况下输入信号每个周期将会被ADC采集10个点，而在过零点每个子集均为空集，这种情况下显然是无法进行直线拟合的，即无法估计测量周期小数部分δ的值，理论上其值为δ＝(25MHz/250MHz*16384)-round(25MHz/250MHz*16384)＝0.4，也无法对相位进行精细估计。经研究发现，在250MHz采样率条件下，50MHZ、75MHZ及100MHz输入信号频率下过零点子集均为空集，无法得到准确的估计值，导致处理结果与实际情况不相符，最终计算出的ADC参数存在误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法，打破幅度要求和相干采样条件的限制，对被测ADC在超量程输入与非相干采样条件下得到的采样信号进行恢复得到相干采样信号，使得在被测ADC采样信号存在超量程输入与非相干采样的情况下也可以对ADC进行精确测试。为实现上述专利技术目的，本专利技术ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法包括以下步骤：S1：令被测ADC的输入信号为纯净正弦波，其表达式x(t)为：其中，t表示时间，Dc为直流分量，A,fsig,分别表示基波的幅度、频率和初始相位，w(t)为在时间t处的噪声；对被测ADC的输出信号x[n]进行离散傅里叶变换，得到输出信号的频域表达式Xk，Xk的表达式为：其中，k＝0,1,…,M-1，n＝0,1,…,M-1，j表示虚数单位；S2：利用输出信号的频域信息对被测ADC的采样周期的整数部分和小数部分进行估计，得到测量周期总数的估计值其中整数部分和小数部分的表达式分别为：其中，argmax表示求取令函数达到最大值的变量取值，imag表示求取复数虚部，e表示自然常数；S3：用三参数正弦拟合法来对输出信号幅度、初始相位和直流分量进行联合估计，具体方法为：记输入信号所对应的理想输出信号如下：其中理想输出信号即为没有谐波分量、噪声和削顶效应的输出信号；令：其中，分别表示参数B、C、Dc的估计值；则根据三参数正弦拟合可得p＝(ψTψ)-1ψTy1其中，y1是由y1[n]构成的一维列向量，上标-1表示求逆，上标T表示转置；计算上述公式得到参数B,C的估计值以及直流分量的估计值进而得到幅度的估计值和相位的估计值S4：采用步骤S2得到的测量周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法，其特征在于包括以下步骤：/nS1：令被测ADC的输入信号为纯净正弦波，其表达式x(t)为：/n

【技术特征摘要】
1.一种ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：令被测ADC的输入信号为纯净正弦波，其表达式x(t)为：



其中，t表示时间，Dc为直流分量，A,fsig,分别表示基波的幅度、频率和初始相位，w(t)为在时间t处的噪声；
对被测ADC的输出信号x[n]进行离散傅里叶变换，得到输出信号的频域表达式Xk，Xk的表达式为：



其中，k＝0,1,…,M-1，n＝0,1,…,M-1，j表示虚数单位；
S2：利用输出信号的频域信息对被测ADC的采样周期的整数部分和小数部分进行估计，得到测量周期总数的估计值其中整数部分和小数部分的表达式分别为：






其中，argmax表示求取令函数达到最大值的变量取值，imag表示求取复数虚部，e表示自然常数；
S3：用三参数正弦拟合法来对输出信号幅度、初始相位和直流分量进行联合估计，具体方法为：
记输入信号所对应的理想输出信号如下：



其中
理想输出信号即为没有谐波分量、噪声和削顶效应的输出信号；
令：



其中，分别表示参数B、C、Dc的估计值；
则根据三参数正弦拟合可得
p＝(ψTψ)-1ψTy1
其中，y1是由y1[n]构成的一维列向量，上标-1表示求逆，上标T表示转置；
计算上述公式得到参数B,...

【专利技术属性】
技术研发人员：马敏，曾钰琴，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51