基于校正方向判定的时间交织ADC用采样时间失配校正方法

摘要

基于校正方向判定的时间交织ADC用采样时间失配校正方法，属于模数转换器设计领域。该方法在校正初始阶段指定一个校正方向，然后按照当前的校正方向用采样时间失配的最大校正范围Dmax来校正采样时间失配，再根据重新计算后的时间交织ADC各通道采样时间失配表征量Bi′与未校正前的Bi的符号来判断当前校正方向是否正确，从而得出正确的初始校正方向进行采样时间失配校正，之后的每个校正周期通过比较当前周期与上一周期中Bi的符号继续调整校正方向，校正过程中采用固定步长调节采样时间失配反馈值。本发明能够自动判断校正方向，而不会限制输入信号的频率范围，并且具有复杂度低，硬件开销小和易于实现的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及模数转换器设计领域，特别是涉及一种基于校正方向判定的用于校正时间交织ADC采样时间失配的校正方法。

背景技术

模数转换器(ADC)广泛应用于电子通信和仪器仪表领域，它能够将模拟信号转换成数字信号，便于我们在数字域利用数字信号处理技术对信号进行各种处理。随着技术的发展，对ADC的速度要求越来越高，由此一种将多个ADC并行起来分时工作从而提高ADC整体速度的架构应运而生，采用这种架构的ADC也被称为时间交织ADC。

时间交织ADC的工作原理图如图1所示，图中所示的时间交织ADC包含M个子通道ADC，每个子通道ADC都在各自的时钟控制下交错工作着，单通道的工作频率为f_s/M，而整个ADC的工作频率为f_s。所以，采用时间交织架构，系统的工作速度相对于单通道而言提高了M倍。

理论上，子通道数越多，时间交织ADC的工作速度越快。但是，随着通道数的增多，时间交织ADC的动态性能会受到一些因素的制约，如：失调失配、增益失配、采样时间失配、带宽失配。

解决以上失配问题主要分为检测和校正两个方面，检测即采用某种算法表征出失配量，校正即利用表征出的失配量对失配进行修正，最后使失配趋于零。为了解决时间交织ADC中已有的采样时间失配问题，专利CN103312329A中提出了一种基于相邻通道间量化值作差的算法来检测通道间的采样时间失配量，然后将失配量处理后反馈回时钟单元补偿采样时钟失配。该校正方法的采样时间失配校正环路如图2所示，图中以四通道的时间交织ADC为例，子通道ADC的输出数据y_i(i＝1，2，3，4)经过数据处理单元得到各通道采样时间失配表征量B_i，B_i经过反馈单元得到各通道采样时间失配的反馈值C_i(C_i为反馈到时钟单元中用以调节相应通道时钟延迟的采样时间失配反馈值)，C_i被反馈到时钟单元实现采样时间失配的负反馈调节。

然而上述算法在失配检测阶段还存在一定缺陷。在上述算法中，需要通过B_i的符号判断采样时间失配的方向从而确定校正的方向，但实际上B_i的符号与输入信号频率f_in所处的频率区域和采样时间失配量ΔT的正负都有关。如图3所示，即在第一和第三奈奎斯特区，B_i和ΔT成正相关(奇数奈奎斯特区均为正相关，此处为了简要说明，仅以第一和第三奈奎斯特区为例)，而在第二和第四奈奎斯特区，B_i和ΔT成负相关(偶数奈奎斯特区均为负相关，此处为了简要说明，仅以第二和第四奈奎斯特区为例)。所以，在不明确具体输入信号频率的情况下，上述算法并不能正确的对采样时间失配进行校正，也即该算法在应用时，必须要明确输入信号所处的奈奎斯特区。这样实际上就限制了该校正算法的应用范围，只能应用在奇数奈奎斯特区或者只能应用在偶数奈奎斯特区，而不能同时应用在全部奈奎斯特区。

发明内容

针对现有技术中需要确定具体输入信号频率才能对采样时间失配进行校正的不足之处，本发明提出一个在失配检测阶段自动判断采样时间失配校正方向的校正方法，去除传统算法的应用范围限制。

本发明解决上述技术问题的所采用的技术方案是：

基于校正方向判定的时间交织ADC用采样时间失配校正方法，包括如下步骤：

步骤一：时间交织ADC采样输入信号，并将其转换为数字信号；

步骤二：处理步骤一中得到的数字信号获得时间交织ADC各通道采样时间失配表征量B_i，其中i为1至M的任意正整数，M表示时间交织ADC的通道总数；

步骤三：在校正初始阶段，令时间交织ADC第i通道的初始采样时间失配反馈值C_0i′＝C_0i+s_iD_max，其中C_0i＝0，D_max为采样时间失配反馈值的最大调节范围，s_i表示第i通道的校正方向；

令s_i＝1或-1，得到第i通道的初始采样时间失配反馈值C_0i′，将该通道的初始采样时间失配反馈值C_0i′反馈回时间交织ADC的时钟单元进行校正，此时除该第i通道的其余通道的采样时间失配反馈值C_0j′＝0(j∈(1，M)，j≠i)，重新计算得到时间交织ADC第i通道采样时间失配表征量B_i′；

步骤四：若步骤三重新计算得到的B_i′相对于步骤二得到的B_i的符号不变，说明校正方向错误，校正失败，则对该第i通道的校正方向s_i取反；若步骤三重新计算得到的B_i′相对于步骤b得到的B_i改变符号，说明校正方向正确，校正成功，则保持该第i通道的校正方向s_i的值不变；

步骤五：重复执行步骤三和步骤四，得到M个通道的初始校正方向s₁、s₂…s_M；

步骤六：开始时间交织ADC采样时间失配校正，每一个校正周期重复步骤一和步骤二得到该第n个校正周期中时间交织ADC各通道的采样时间失配表征量B_i(n)；

第一个校正周期时，该校正周期的M个通道的校正方向s₁(1)、s₂(1)…s_M(1)采用步骤五得到的M个通道的初始校正方向s₁、s₂…s_M进行校正，从第二个校正周期开始，比较该第n个校正周期与第n-1个校正周期的第i通道的采样时间失配表征量B_i(n)和B_i(n-1)的符号，若B_i(n)和B_i(n-1)的符号相同则该第n个校正周期第i通道的校正方向s_i(n)的符号不变，若B_i(n)和B_i(n-1)的符号相反则该第n个校正周期第i通道的校正方向s_i(n)的符号取反，得到经过调整后的该第n个校正周期的M个通道的校正方向s₁(n)、s₂(n)…s_M(n)；

步骤七：每个校正周期中，采用固定步长T_d调节第n个校正周期中对应时间交织ADC第i个通道的采样时间失配反馈值C_i(n)，即C_i(n)＝C_i(n-1)+s_i(n)T_d，其中C_i(0)＝0，将采样时间失配反馈值C_i(n)反馈回时钟单元，调节对应第n个校正周期中时间交织ADC中第i个通道的时钟相位，逐步进行校正，从而校正采样时间失配。

具体的，所述步骤二中得到时间交织ADC各通道采样时间失配表征量B_i的具体步骤为：

a.对采集到的时间交织ADC中相邻通道的数字信号求差，假设采集的为输入频率为f_in的正弦信号x(t)，产生各通道数字输出为：Y＝[y₁[k],y₂[k],…,y_M[k]],(k＝1,2,…,P)，其中M为时间交织ADC的通道总数，P表示单通道采样点数，则对相邻通道ADC数字输出求差为：

b.对得到的差值E_i[k]的绝对值求和取平均得到A_i，A_i表征为相邻通道ADC间的采样时间间隙，

c.对所有的A_i求和取平均得到表征为相邻通道ADC间的标准采样时间间隙；

d.对所有的A_i与作差，得到：B_i为相邻通道ADC间采样时间间隙与标准采样时间间隙的相对误差，即各通道采样时间失配表征量。

具体的，所述采样时间失配反馈值的最大调节范围D_max为时钟单元能够调节的最大时间延迟，时钟单元的最大调节范围D_max大于所要校正的时间交织ADC的采样时间失配值。

具体的，所述固定步长T_d为时钟单元能够调节的最小时间延迟。

本发明的有益效果为：能够自动判断校正方向，而不会限制输入信号的频率范围，并且具有复杂度低，硬件开销小和易于实现的优点。

附图说明

图1为时间交织ADC的工作原理图；

图2为四通道时间交织ADC采样时间失配校正环路；

图3为未进行方向判定时B_i与f_in和ΔT的关系图；

图4为实施例流程图；

图5为进行方向判定后的B_i与f_in和ΔT的关系图。

具体实施方式

下面以双通道时间交织ADC为例，根据附图和实施例对本发明的具体实施方式进行详细阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，虽然本实施例中采取了基于相邻通道间量化值作差的方法来求取采样时间失配表征量B_i，但是求取B_i的做法不应当被本实施例所限制，仍然可以采用别的方法来求取采样时间失配表征量B_i。

实施例的流程图如图4所示，详细步骤如下：

1、双通道时间交织ADC对输入频率为f_in的正弦信号x(t)进行量化，两个通道的量化值分别为y₁[k]和y₂[k](k＝1,2,…N),其中N表示单通道的采样点数。

2、对相邻通道的量化值作差，令A_i为E_i的均值，代表通道间的实际采样时间间隙，则

3、令表示通道间标准采样时间间隙。

4、将所有的A_i与作差，得到采样时间失配表征量B_i，即B_i与输入信号频率f_in和采样时间失配量ΔT的关系如图3所示。从图中可以看出，B_i的符号与f_in所处的频率区域和采样时间失配量ΔT的正负都有关，并且图中存在两种规律，即：(1)当0<f_in<f_s/2时，B_i随着ΔT的增大而增大；(2)当f_s/2<f_in<f_s时，B_i随着ΔT的增大而减小。所以，B_i能用于表征采样时间失配的大小和方向，在0<f_in<f_s/2和f_s/2<f_in<f_s中，B_i与ΔT的关系呈现两种完全相反的趋势，那么在校正时，也应当采取相对应的校正方向，并且同种失配情况下，两个区域的校正方向也是相反的。

5、在校正的初始时刻，根据B_i的符号，并不能确定该采取何种校正方向s，此时可以任意采取一种校正方向，再根据校正后B_i的正负来判断正确的校正反向，具体的做法是：

在首次校正时，令C_0i′＝C_0i+s_iD_max，s_i＝1(或者-1)，表示初始校正方向。根据C_0i和s_i计算得到C_0i′，将C_0i′反馈回时钟单元进行校正，重新计算B_i的值，如果B_i的符号与初始时相反，则说明校正方向正确，校正成功，保持s_i＝1(或者-1)不变；如果B_i的符号与初始时相同，则说明校正方向错误，校正失败，对s_i的值取反，即s_i＝-1(或者1)，得到2个通道的初始校正方向s₁、s₂。

校正后，B_i与f_in和ΔT的关系如图5所示，对比图3，可以发现B_i与f_in和ΔT的关系变得统一了，说明方向判定确实是效果显著的。

6、初始的校正方向s₁、s₂确定之后，开始时间交织ADC采样时间失配校正，每一个校正周期得到该第n个校正周期中时间交织ADC各通道的采样时间失配表征量Bi(n)；第一个校正周期时，该校正周期的M个通道的校正方向s₁(1)、s₂(1)采用得到的初始校正方向s₁、s₂进行校正，从第二个校正周期开始，比较该第n个校正周期与第n-1个校正周期的第i通道的采样时间失配表征量Bi(n)和Bi(n-1)的符号，若Bi(n)和Bi(n-1)的符号相同则该第n个校正周期第i通道的校正方向s_i(n)的符号不变，若Bi(n)和Bi(n-1)的符号相反则该第n个校正周期第i通道的校正方向s_i(n)的符号取反，得到经过调整后的该第n个校正周期的M个通道的校正方向s₁(n)、s₂(n)；

每个校正周期中，采用固定步长T_d调节第n个校正周期中对应时间交织ADC第i个通道的采样时间失配反馈值C_i(n)，即C_i(n)＝C_i(n-1)+s_i(n)T_d，其中C_i(0)＝0，将采样时间失配反馈值C_i(n)反馈回时钟单元，调节对应第n个校正周期中时间交织ADC中第i个通道的时钟相位，逐步进行校正，从而校正采样时间失配。