高速实时采样中时间抖动的处理方法研究

摘要

自摩尔定律被提出以来，数字电路得到了飞跃式的发展，频率不断提高，精度迅速增长。与之相对应的是信号采样，对高速信号进行数据采集成为了许多领域的迫切要求。学者们提出的时间交替采样系统很好地实现了这一功能，成功利用了许多单片低速ADC等效替代高速ADC，成功回避了硬件性能不足的问题，实现高速采样。然而，在工程应用中，实际成品TIADC(Time-interleaved Analog-to-digital Converter)系统由于制作工艺等问题导致了各种误差的存在，使其在实际采样中，出现了典型的周期非均匀特性，严重影响了采样结果。因此，需要对信号的误差进行估计与校准，才能准确地进行信号重构工作。 采样误差可以分为确定性的偏差以及随机性的抖动。本文主要关注随机性抖动的研究，探究其对信号信噪比的影响，并深入研究其测量与补偿算法。 本文的主要研究内容可以分为两个方面。 (1)对多通道高速采样系统中随机性时间抖动进行了深入分析，建立了采样系统时间抖动模型，根据抖动模型分类，仿真分析了不同种类抖动噪声存在时，对采样信号整体信噪比影响。探讨了时间抖动与相位噪声之间的定量关系，讨论了利用相位噪声对抖动进行观测的方法。 (2)对采样系统中时间抖动的测量和补偿算法进行了研究，根据已有的高速串行系统的正弦信号抖动测量方法，设计了一种设计了一种通用的时间抖动测量方法，对采样系统中各种类型已知输入信号的测量方法，大大扩展了算法使用范围。并在测量算法基础上，设计了补偿算法，提高了时间抖动影响下系统信噪比，并着重探究了高频信号的补偿，改进了常见的三点法用以提高高频信号补偿性能。

目录

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 非均匀采样

1.2.2 时间抖动噪声

1.2.3 多通道高速采样研究

1.2.4 TIADC系统的应用现状

1.3 研究的主要内容

第二章 高速并行采样模型与误差

2.1 高速信号采样

2.1.1 信号采样基本原理

2.1.2 经典采样定理理论基础

2.1.3 采样方式简介

2.2 多通道高速采样模型

2.3 采样系统误差来源与形成机理

2.3.1 幅度噪声

2.3.2 时间轴噪声

2.3.3 其他类型误差

2.4 多通道高速采样系统信号重构评估

2.5 本章小结

第三章 多通道交替采样时间抖动模型建立与研究

3.1 时间轴误差分析

3.1.1 时基偏差

3.1.2 时钟抖动

3.1.3 孔径抖动

3.2 单片ADC时间抖动分布与噪声模型

3.3 多通道交替采样时间抖动模型建立

3.3.1 时基偏差为零时时间抖动模型

3.3.2 时基偏差不为零时时间抖动模型

3.4 不同类型噪声对信号总体信噪比的影响

3.4.1 时钟抖动对信噪比的影响

3.4.2 总体噪声对信噪比的影响

3.5 本章小结

第四章 时间抖动测量与补偿方法

4.1 时间抖动大小测量法

4.1.1 信噪比测量法

4.1.2 相位噪声观测法

4.2 正弦信号时间抖动测量方法

4.2.1 信号相干法

4.2.2 参数估计法

4.3 基于多通道模型的改进参数估计算法

4.4 通用信号的时间抖动测量方法

4.4.1 低频注入法

4.4.2 高频注入法

4.5 时间抖动补偿算法

4.5.1 算法原理

4.5.2 微分滤波算法设计

4.6 本章小结

第五章 仿真验证

5.1 改进后参数估计法仿真验证

5.2 注入法时间抖动测量验证

5.3 时间抖动补偿性能仿真验证

5.4 总体性能仿真验证

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献