[发明专利]无冗余通道的时间交叉ADC劈分校准结构及其自适应校准方法

权利要求书

1.一种无冗余通道的时间交叉ADC劈分校准结构，其特征是：

设置由N个采样速率为fs/N的劈分ADC通道构成的采样速率为fs的子TIADC-A和由L个采样速率为fs/L的劈分ADC通道构成的采样速率为fs的子TIADC-B，共同组成一个基于劈分通道互校准的总TIADC，其中N和L互质，所述子TIADC-A和子TIADC-B以相同采样速率fs对同一输入信号在同一时刻进行采样并转换，所述子TIADC-A和子TIADC-B转换输出的差值被用在趋零型自适应校准算法中以计算劈分ADC通道间的失配误差估计值，以所述自适应校准算法补偿通道间的失配误差，所述自适应校准算法的收敛标准是使所述子TIADC-A和子TIADC-B转换输出的差值的能量最小化，当通道间的失配误差得到正确的校准之后，以所述子TIADC-A和子TIADC-B转换输出值的算术平均值作为基于劈分通道互校准的总TIADC的最后输出值。

2.一种权利要求1所述的无冗余通道的时间交叉ADC劈分校准结构的自适应校准方法，其特征是按如下步骤实现：

a、确定构成子TIADC-A的劈分ADC通道数N和构成子TIADC-B的劈分ADC通道数L；

b、使子TIADC-A中劈分ADC通道工作在fs/N采样速率，每个劈分ADC通道采样时钟相位相互间隔360°/N，以时间交叉的工作方式构成的子TIADC-A的速率为fs；使子TIADC-B中劈分ADC通道工作在fs/L，每个劈分ADC通道采样时钟相位相互间隔360°/L，以时间交叉的工作方式构成的子TIADC-B的速率为fs；将子TIADC-A和子TIADC-B组成基于劈分通道互校准的总TIADC，以采样速率fs对同一输入信号在同一时刻进行采样并转换；

c、按以下公式(1)所示误差补偿算法对每个劈分ADC通道的转换输出进行误差补偿，被补偿的误差包括失调误差、增益误差和采样时间误差：

y^=(x+xos+xg+x′Δt)-x^os-yg^-y′Δy^≈x+ϵos+yϵg+y′ϵt---(1)]]>

其中，为劈分ADC通道经过误差补偿的转换输出值；x为劈分ADC通道采样的输入信号值；x_os和分别为劈分ADC通道实际的失调误差值和对失调误差的估计值，g和分别为劈分ADC通道实际的增益误差值和对增益误差的估计值，Δt和分别为劈分ADC通道实际的采样时间误差值和对采样时间误差的估计值，y为劈分ADC通道未经过误差补偿的转换输出值；y′为劈分ADC通道未经过误差补偿的转换输出值对时间的一阶导数；

d、以总TIADC采样周期Ts＝1/fs为间隔，计算子TIADC-A与子TIADC-B连续3NL次采样并转换的输出经过如公式(1)所示误差补偿算法进行补偿后的结果的差值，得到以下矩阵方程：Δ＝C×E    (2)其中，

Δ＝[Δx_A1，B1[1]Δx_A2，B2[2]L Δx_Ai，Bj[n]L Δx_AN，BL[3NL]]^T

E＝[E₁ E₂ E₃]^T

E₁＝[ε_osA1 L ε_osAN ε_osB1 Lε_osBL]

E₂＝[ε_gA1 L ε_gAN ε_gB1 Lε_gBL]

E₃＝[ε_tA1 L ε_tAN ε_tB1 Lε_tBL]

C=A1-B1F1-H1K1-P1A2-B2F2-H2K2-P2MMMMMMA3L-B3NF3L-H3NK3L-P3N]]>

以上矩阵表达式中元素的下标Ai和Bj分别是于TIADC-A中的劈分ADC通道标志和于TIADC-B中的劈分ADC通道标志，i＝1，2，…，N，j＝1，2，…，L；Δx_Ai，Bj[n]表示在第n采样时刻，子TIADC-A中的劈分ADC通道Ai与子TIADC-B中的劈分ADC通道Bj经过误差补偿后的转换输出的差值，n＝1，2，…，3NL；A₁＝A₂＝...＝A_3L为N×N的单位矩阵，B₁＝B₂＝...＝B_3N为L×L的单位矩阵，F₁...F_3L、K₁...K_3L分别是N×N对角矩阵，H₁...H_3N、P₁...P_3N分别是L×L的对角矩阵，它们的构造如下：

F1=y[1]y[2]Oy[N]]]>

F2=y[N+1]y[N+2]Oy[2N]]]>

F3L=y[(3L-1)N+1]y[(3L-1)N+2]Oy[3NL]]]>

H1=y[1]y[2]Oy[L]]]>

H2=y[L+1]y[L+2]Oy[2L]]]>

F3N=y[(3N-1)L+1]y[(3N-1)L+2]Oy[3NL]]]>

K1=y′[1]y′[2]Oy′[N]]]>

K2=y′[N+1]y′[N+2]Oy′[2N]]]>

K3L=y′[(3L-1)N+1]y′[(3L-1)N+2]Oy′[3NL]]]>

P1=y′[1]y′[2]Oy′[L]]]>

P2=y′[L+1]y′[L+2]Oy′[2L]]]>

P3N=y′[(3N-1)L+1]y′[(3N-1)L+2]Oy′[3NL]]]>

以上矩阵中的y[n]和y′[n]按照以下公式计算，

y[n]=yAi[n]+yBj[n]2---(3)]]>

y′[n]=(yAi[n+1]+yBj[n+1])/2-(yAi[n-1]+yBj[n-1])/22---(4)]]>

y_Ai[n]和y_Bj[n]分别为在第n采样时刻子TIADC-A中的劈分ADC通道Ai和子TIADC-B中的劈分ADC通道Bj未经过误差补偿的转换输出值；

e、根据LMS算法，对方程(2)中的误差系数矩阵E按照以下公式(5)进行迭代求解，

E^(new)＝E^(old)-u·(E^(old)-sign(C^T)×Δ)     (5)

其中，u为迭代步长；E^(old)和E^(new)分别为误差系数矩阵E在迭代计算过程中的前一个取值和计算得到的新值；sign表示符号函数，

sign(x)=1x>00x=0-1x<0;]]>

f、根据LMS算法，利用步骤e中得到的误差系数矩阵E的元素值，对步骤c中公式(1)中的和按照以下公式(6)进行迭代计算，

x^os(new)=x^os(old)+uos·ϵos]]>

g^(new)=g^(old)+ug·ϵg---(6)]]>

Δt^(new)=Δt^(old)+ut·ϵt]]>

其中，u_os、u_g和u_t分别为对失调误差估计值、增益误差估计值和采样时间误差估计值进行迭代计算的迭代步长；和分别为失调误差估计值、增益误差估计值和采样时间误差估计值在迭代计算过程中的前一个取值；和分别为失调误差估计值、增益误差估计值和采样时间误差估计值迭代计算得到的新值；

公式(5)和公式(6)在每3NL次子TIADC-A和子TIADC-B的连续采样并转换后计算一次，公式(6)在本次迭代计算中得到的新值和将分别用于取代步骤c公式(1)中的和本次迭代计算完成后返回步骤d，利用子TIADC-A和子TIADC-B后续采样并转换且经过误差补偿后的连续3NL个转换输出值进行下次计算；

g、按以下公式(7)，求子TIADC-A中劈分ADC通道Ai在第n采样时刻经过如公式(1)所示误差补偿算法进行误差补偿后的转换输出和子TIADC-B中劈分ADC通道Bj在第n采样时刻经过如公式(1)所示误差补偿算法进行误差补偿后的转换输出的算术平均值作为总TIADC在第n采样时刻经过自适应校准算法校准完成后的转换输出值：

y^[n]=yAi[n]+y^Bj[n]2---(7).]]>