[发明专利]一种基于随机截断的时间交织ADC失配优化方法

说明书

一种基于随机截断的时间交织ADC失配优化方法，首先建立包含时间交织ADC子通道的空闲队列，初始时刻空闲队列包括M个子通道；随后时间交织ADC开始采样量化，每个采样量化周期内的失配优化过程为：在每个采样量化周期开始时从当前空闲队列中按顺序或随机选择一个子通道进行采样量化，每个采样量化周期内被选中的子通道的量化位数随机截断i位，完成量化的子通道加入空闲队列供下个采样量化周期选择，当有多个子通道同时完成量化时，将多个子通道按随机顺序加入空闲队列。本发明可以在不添件额外通道和不需要提高子通道工作频率的情况下就实现通道的随机化调度，从而优化和均衡残留失配，有利于提高时间交织ADC的无杂散动态范围和提高时间交织ADC的速度。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，特别涉及一种基于随机截断的时间交织ADC的失配优化方法。

背景技术

随着数字信号处理技术的不断发展，混合信号系统已经越来越广泛的应用于医疗设备、军用设备、汽车电子、消费电子等等电子设备中。在现实世界中，绝大多数的信号都是模拟信号，比如雷达信号、无线通信信号、声音等等信号，为了能够用数字处理技术来对这些模拟信号进行处理分析，这就需要通过模数转换器ADC(Analog-to-Digital Convertor)来将模拟信号转为离散的数字信号，使得能够使用数字信号处理器来处理这些信号，从而实现语音识别、图象识别、雷达监测等等技术。

近年来，超带宽系统(Ultra Wide Band System)越来越广泛地应用于生活的各个方面，比如5G通信、无线局域网(WLAN)等，在这些领域需要处理的信号频率从几百MHz到上GHz，甚至几十上百GHz。因此对ADC的要求越来越高，而且ADC是整个信号处理系统的入口，它的性能直接影响了整个系统的性能，所以对高速和高精度ADC的研究至关重要。另外随着高速网络等超带宽系统的不断发展，对高精度和高转换率的ADC的需求也越来越大，但是目前的单芯片和现有工艺的ADC越来越难满足这样高精度和高转换速率的要求，所以提出了采用多通道时间交织结构(Time-Interleaved)，该结构能够有效地实现高精度和高速率的要求。时间交织ADC(TI-ADC)的工作原理是让多个通道的ADC在时间上交替工作，从而提高ADC的整体速度。一个由M个并行的子ADC(Sub-ADC)组成的M通道时间交织ADC，M为正整数，这M个sub-ADC在时间上对输入信号进行交替采样，虽然每个sub-ADC的采样率只有fs，但是整个时间交织ADC的采样率却为M*fs，即采样率提高了M倍。这样就实现了由多个低速的ADC组成一个高速的时间交织ADC，降低了对单个ADC的性能指标的要求，也就大大降低了高采样率和高精度的ADC系统的设计难度。

理论上，通道数M越大，时间交织ADC的采样率就越高。但是，各通道子ADC之间存在带宽失配、采样时间失配、增益失配和失调等等非理想因素，这些因素严重影响了整个时间交织ADC的动态性能。特别是对于要求具有高的无杂散动态范围(SFDR)的应用场合，比如雷达运用等，这些通道间的失配严重的限制了时间交织ADC的性能以及运用。

如图1所示为M个通道组成的时间交织ADC的原理以及可能包含的失配。在现有的解决方案中，提出了很多技术来解决时间交织ADC中存在的各种失配问题，主要分为校正技术和优化技术。其中校正技术主要是通过补偿或者数字域的方式来减少失配量的大小，如级间增益失配，通过在数字域调节各通道的增益系数来使各通道之间的增益差变小；级间时间失配，通过调节各通道的工作时钟的延迟线来进一步减小时间的失配。而优化技术主要是通过优化的方式进一步减小级间失配带来的影响。当交织的通道数M变大时，级间存在的微小失配都会限制住SFDR的性能，通过一些优化的方式，可以进一步的减小这种影响。比如采用随机通道算法，即各通道的工作顺序是随机的，不是按固定的顺序来工作。然而对于越来越多的通道数，单纯的校正技术很难进一步减小级间失配的影响，由于环境的非理想因素，仍然还是会残留一些失配，通过优化技术，可以进一步的减小该影响，提高SFDR。传统的随机通道算法，需要引入额外的通道来实现。