使用滤波器乘积的线性校正器的校准系统和方法技术方案

公开了一种用于使用滤波器乘积的和来校准线性校正器的校准系统，以及一种校准该线性校正器的方法。该校准系统包括用于将测试信号引入例如ＡＤＣ的信号处理系统的第一和第二信号发生器。提供采集存储器和处理器用于采集和分析该信号处理系统的输出，并且然后编程该滤波器系数到该线性校正器中。该校准方法分析从该信号处理系统采集的互调和谐波分量，然后为该滤波器寻找幅度和相位响应。然后使用该幅度和相位响应来确定一组滤波系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及线性误差校正，尤其涉及一种使用滤波器乘积(filter products)减少或消除由信号处理系统例如模数转换器(ADC)产生的失真的线性校正器。
技术介绍
减少ADC所产生的失真增加无寄生动态范围(spurious-free dynamic range)(SFDR)，其对于使用ADC来获得数据的系统是有用的，所述系统是例如谱分析器和其他电子测量仪器。现代高速ADC设计使用深时钟流水线(deep clock pipeline)来帮助将模拟输入通过一系列改进的步骤精确地转换为采样的数字表示。ADC设计者付出了很大努力来去除模拟处理电路中的明显的非线性源。然而，一般很难去除所有的误差源。设计者试图去除该电路中的最明显的问题直到计算机化建模例如SPICE建模显示该转换器符合技术要求。可以通过使用例如减少非线性装置的动态范围的技术或者使用其周围的反馈来改善线性。然而，一些电路布局具有不能被完全去除的内在失真机制。流水线处理还为内部数字和模拟电路活动提供对内部模拟信号处理进行调制的机会。在许多这种情况中，具有自身或其自身衍生物的线性函数的输入信号的自调整产生了残留的非线性失真。这导致了一些难以消除的低水平失真。这种调制可以通过内部电源分配发生。在这种情况下，能够在该电源轨上产生电压调制的电路通道数量可以是相当高。模拟这种效应使得装置建模复杂化并且减缓了计算机模拟。对第一阶来说，对于电源调制的这些影响将会几乎线性增加，所以它们可以作为线性有限脉冲响应(FIR)滤波器建模。在模拟信号处理中的一个或多个点发生调制，其对应于乘法。在流水线ADC中，调制一般发生在转换级之间的高增益模拟放大器中。在这种情况中，典型地该谐波和互调失真的特征在于，存在第2阶和第3阶失真项，其中发生非常少的高阶失真。以前提出的解决方案是基于Volterra滤波器的。ADC的脉冲响应可以是许多个时钟周期，例如可以使用64个时钟周期。使用Volterra滤波器的校正系统将需要相似的响应长度。在第3阶失真Volterra系统中，这导致大约(N3)/6抽头的滤波器，其对于具有64响应长度的校正系统将导致大约50000抽头阶。具有这样巨大数量抽头的滤波器系统太复杂和太昂贵以致于当时无法在实际系统中实现。在其他与扬声器中的校正失真相关的应用中提出了另一种解决方案，其使用了与Volterra滤波器的某些方面近以的滤波器结构。图1示出了具有第1阶校正和第3阶校正的这种方案的一种型式。第一阶补偿是由滤波器12(h1)来提供的。第三阶补偿是这样提供的，即通过使用乘法器18将滤波器14的输出与滤波器16的输出相乘，使用滤波器20对乘法器18的输出进行过滤，使用乘法器24将滤波器20的输出与滤波器22的输出相乘，最后使用滤波器26对乘法器24的输出进行过滤。通过使用加法器28将来自第一阶补偿的输出和第三阶补偿相加，可以提供线性三次补偿(cubic compensation)。图1中所示系统的第3阶补偿执行下述方程式，其被描述为一般的第3阶非线性滤波器结构。这种实现方案在乘法器18之后使用了滤波器20，以及在乘法器24之后的滤波器26。一旦获得该线性三次补偿，就从正被补偿的该未知系统的输出中减去。这需要该校正器能够访问输入到该未知系统的原始信号，而当该原始信号不是数字的时候是不可用的。虽然它可以是Volterra滤波器的有用的子方案，但是它也有不适用于具有良好线性频率响应的系统的缺点。紧接在该乘法器之后的滤波器不能区分原始分量和由在先乘法的非线性效应所引起的混叠分量。虽然该乘法器之后的其他滤波可以提供对于信号通道中的频率相关的幅度和相位响应的一些校正，但是当用于使用大部分Nyquist频带的应用中时，混叠不允许该滤波器对该原始分量和混叠分量之间的相位和幅度响应差进行校正。线性补偿系统中的遗留问题涉及校准。这些系统会需要求解相对于该输出成非线性的滤波器系数的系统。对于任何可以应用到该系统的校准方案，求解更多的系数将需要更多的计算量。在现有解决方案上的细节和改进将在以下更加详细地讨论。
技术实现思路
如果可以通过恢复ADC中的等效失真滤波器的系数来对该失真机制建模，该ADC输出就可以通过以基本上相同的方式使该信号失真的数字处理网络，然后，减去该失真以减少或消除该ADC失真。虽然将所有ADC失真完全消除是不可能的，但是本方法改善了ADC的无寄生动态范围(SFDR)。例如，依赖于该ADC的特性，具有SFDR为80dB的ADC可以改进15dB的因子。本改进还从先前提出的布局中去掉了一些滤波器，从而简化了具有相对平滑线性频率响应的系统使用的设计。这种简化可以对校正系统中的更长滤波器交替使用，从而获得具有相同处理量的改进的性能。该改进对于精确测量应用是有意义的，例如那些与频谱分析器、示波器或者其他使用ADC的测量仪器有关的精确测量应用。为了实现这些优点，提供一种合适的校准系统和方法。该校准系统包括产生第一模拟信号的第一模拟信号产生器，产生第二模拟信号的第二模拟信号产生器，以及连接到该第一模拟信号产生器和第二模拟信号产生器的、用于将该第一模拟信号和第二模拟信号相加并提供模拟输出的模拟加法器。该模拟输出被输入到ADC以获得数字输出。将执行对滤波器乘积求和的线性校正器连接到该ADC的数字输出。在正常操作期间，该线性校正器将提供与该ADC的输出相比具有减小的失真的校正输出。将采集存储器连接到该数字输出；并且将用于控制该第一信号产生器和第二信号产生器的处理器连接以读取该采集存储器数据。还将该处理器连接到该线性校正器以便为该滤波器乘积编程滤波器系数。还提供了一种校准线性校正器的方法。该校准方法通过将第一波形和第二波形输入到具有输出的信号处理系统来完成。当其中每一个从该信号处理系统中输出时，该采集存储器和处理器采集和分析该第一和第二波形的互调和谐波分量。通过基于失真模型以及该互调和谐波分量来确定目标函数的最小值，寻找连接到该装置输出的线性校正器中使用的滤波器的幅度和相位响应。然后，使用该幅度和相位响应来计算一组滤波器系数。附图说明图1(现有技术)是用于补偿扬声器的现有技术的线性校正器的布置的框图。图2是包括第1阶、第2阶和第3阶失真的补偿的、基于滤波器乘积的线性校正器的框图。图3是包括第1阶和第3阶失真的补偿的、基于滤波器乘积的线性校正器的框图。图4是包括第1阶、第3阶和第4阶失真的补偿的、基于滤波器乘积的线性校正器的框图。图5是补偿ADC的框图。图6是包括补偿和校准系统的ADC系统的框图。图7示出了基本校准过徎。图8示出了该校准过程的附加子步骤。图9示出了该校准过程的附加子步骤。图10示出了该校准过程的附加子步骤。具体实施例方式本说明书包括第21-51页的用于说明本专利技术的具体实施例的具体实施方式的示例源代码及其注释文件，文件名称是Slavin.txt。如上所述，在前提出的解决方案基于Volterra滤波器。然而，由于Volterra滤波器非常大并且很难与ADC一起实现，因此，需要一种解决方案，其利用更易管理的滤波器设计，同时还能够减少一些遗留的主要失真。以Volterra滤波器作为起始点，广义的非线性滤波器系统能够在数学上定义为(方程1)其中，N是该滤波器的脉冲响应长度，k本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准系统，包括：　　　　第一模拟信号发生器，产生第一模拟信号；　　　　第二模拟信号发生器，产生第二模拟信号；　　　　模拟加法器，连接到所述第一模拟信号发生器和所述第二模拟信号发生器，用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号相加并提供模拟输出；　　　　ＡＤＣ，具有连接到所述模拟输出的输入和数字输出；　　　　具有连接到所述数字输出的输入的线性校正器，实现对滤波器乘积求和；　　　　采集存储器，连接到所述数字输出；和　　　　处理器，用于控制所述第一信号发生器和所述第二信号发生器，被连接以读取所述采集存储器数据，还被连接到所述线性校正器以便为所述滤波器乘积编程滤波系数。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：KR斯拉文，
申请(专利权)人：特克特朗尼克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]