[发明专利]一种带参考通道的TIADC的数字后台实时补偿方法

摘要

本发明公开了一种参考通道的TIADC的数字后台实时补偿方法，其特征是按如下步骤进行：1构建带参考通道的TIADC的校准系统；2利用时钟控制器分别对外部模拟输入信号进行同一时刻的采样；3后台校准模块进行误差补偿；4对参考通道ADC与所述TIADC进行连续采样并转换；5后台校准模块进行求差计算；6利用LMS算法进行更新直至获得稳定的误差估计值，最终输出合成值。本发明能在纯数字域实现对TIADC通道间失配误差的实时补偿，对输入信号频率没有限制，且能适用于任意通道数的TIADC通道失配误差校准。

主权项

一种带参考通道的TIADC的数字后台实时补偿方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、构建带参考通道的TIADC的校准系统；所述校准系统的组成包括：时钟控制器、带参考通道的TIADC、后台校准模块和数据选择器单元；所述带参考通道的TIADC是由N个子通道ADC并联构成的TIADC以及一个参考通道ADC组成；后台校准模块是由失配误差补偿单元、求差单元和趋零型自适应校准单元组成；步骤2、所述参考通道ADC和TIADC中的任一子通道ADC利用所述时钟控制器分别对外部模拟输入信号x进行同一时刻的采样，并分别利用式(1)和式(2)进行转换获得参考通道数字信号y_r和任一子通道数字信号y_j后输出至所述后台校准模块；$y_r=x+x_{{\mathrm{os}}_r}+{\mathrm{xg}}_r+x^{\′}\mathrm{\Δ}{t}_r---\left(1\right)$$y_r=x+x_{{\mathrm{os}}_r}+{\mathrm{xg}}_j+x^{\′}\mathrm{\Δ}{t}_j---\left(2\right)$式(1)和式(2)中，和分别为所述参考通道ADC的失调误差值和所述任一子通道ADC的实际失调误差值；j∈[1,2,…N]；g_r和g_j分别为所述参考通道ADC的增益误差值和所述任一子通道ADC的实际增益误差值；Δt_r和Δt_j分别为所述参考通道ADC的采样时间误差值和所述任一子通道ADC的实际采样时间误差值；x'为所述外部模拟输入信号x在数字域的一阶导数；步骤3、所述后台校准模块的失配误差补偿单元接收所述参考通道数字信号y_r，任一子通道数字信号y_j，进行误差补偿，则经过补偿后的参考通道ADC的输出和经过补偿后的所述任一子通道ADC的输出分别为：${\hat{y}}_r=(x+x_{{\mathrm{os}}_r}+{\mathrm{xg}}_r+x^{\′}{\mathrm{\Δt}}_r)-{\hat{x}}_{{\mathrm{os}}_r}-x{\hat{g}}_r-x^{\′}\mathrm{\Δ}{\hat{t}}_r\≈x+{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{os}}_r}+x{\mathrm{\ϵ}}_{g,r}+x^{\′}{\mathrm{\ϵ}}_{t,r}---\left(3\right)$${\hat{y}}_j=(x+x_{{\mathrm{os}}_j}+{\mathrm{xg}}_j+x^{\′}{\mathrm{\Δt}}_j)-{\hat{x}}_{{\mathrm{os}}_j}-x{\hat{g}}_j-x^{\′}\mathrm{\Δ}{\hat{t}}_j\≈x+{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{os}}_j}+x{\mathrm{\ϵ}}_{g,j}+x^{\′}{\mathrm{\ϵ}}_{t,j}---\left(4\right)$式(3)中，为参考通道ADC的失调误差估计值，为参考通道ADC失调误差的补偿差，并有：参考通道ADC的增益误差估计值，为参考通道ADC的增益误差的补偿差，并有：为参考通道ADC的采样时间误差估计值，ε_t,r为参考通道ADC的采样时间误差的补偿差，并有式(4)中，为所述任一子通道ADC的失调误差估计值，为所述任一子通道ADC失调误差的补偿差，并有：为所述任一子通道ADC的增益误差估计值，ε_g,j为任一子通道ADC的增益误差的补偿差，并有：为所述任一子通道ADC的采样时间误差估计值，ε_t,j为所述任一子通道ADC的采样时间误差的补偿差，并有${\mathrm{\ϵ}}_{t,j}={\mathrm{\Δt}}_j-\mathrm{\Δ}{\hat{t}}_j;$步骤4、以采样周期为时间间隔，对所述参考通道ADC与所述TIADC进行连续次采样并转换，分别获得补偿后的参考通道数字信号集合和获得补偿后的TIADC数字信号集合输出至所述求差单元；f_s为所述TIADC的采样频率，f_ref为所述参考通道ADC的采样频率；k≥3；步骤5、所述后台校准模块的求差单元接收参考通道数字信号集合和TIADC数字信号集合并利用式(5)进行求差计算，获得差值集合$\mathrm{\Δ}{y}_{j,r}={\hat{y}}_j-{\hat{y}}_r={\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{os}}_j}-{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{os}}_r}+x({\mathrm{\ϵ}}_{g,j}-{\mathrm{\ϵ}}_{g{,}_r})+x^{\′}({\mathrm{\ϵ}}_{t,j}-{\mathrm{\ϵ}}_{t,r})---\left(5\right)$步骤6、将所述差值集合代入式(6)所示的矩阵方程：Δ＝C×E(6)式(6)中，Δ＝[Δy_1,r¹ Δy_2,r² … Δy_N,rⁱ Δy_1,rⁱ⁺¹ … Δy_N,r^j … Δy_N,r^M]_1×M^T；$C={\left[\begin{array}{cccccc}-1& 0& ...& 0& 0& 1\\ 0& -1& 0& ...& 0& 1\\ ...& 0& ...& 0& ...& ...\\ 0& ...& 0& -1& 0& 1\\ 0& 0& ...& 0& -1& 1\end{array}\right]}_{M\×(3N+3)};$E＝[E₁ E₂ E₃]^T，并有：$E_1={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{os}}_1}& \·\·\·& {\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{os}}_N}& {\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{os}}_r}\end{array}\right]}_{1\×(N+1)}---\left(7\right)$$E_2={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ϵ}}_{g,1}& \·\·\·& {\mathrm{\ϵ}}_{g,N}& {\mathrm{\ϵ}}_{g,r}\end{array}\right]}_{1\×(N+1)}---\left(8\right)$$E_3={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ϵ}}_{t,1}& \·\·\·& {\mathrm{\ϵ}}_{t,N}& {\mathrm{\ϵ}}_{t,r}\end{array}\right]}_{1\×(N+1)}---\left(9\right)$步骤7、利用所述趋零型自适应校准单元的LMS算法对所述矩阵方程求解，获得更新的参考通道ADC的失调误差估计值增益误差估计值和采样时间误差估计值同时，获得更新的所述任一子通道ADC的失调误差估计值增益误差估计值和样时间误差估计值并传递给所述失配误差补偿单元；步骤8、重复步骤4至步骤7，直至获得稳定的参考通道ADC的失调误差估计值增益误差估计值和采样时间误差估计值同时，获得稳定的所述任一子通道ADC的失调误差估计值增益误差估计值和样时间误差估计值并传递给所述失配误差补偿单元，则完成所述任一子通道ADC的失调误差、增益误差和采样时间误差的校准；步骤9、所述数据选择器单元对所接收的校准后的输出值进行合成，获得所述TIADC的最终输出值D_out。