校正模数转换器误差的方法及系统、时间交织模数转换器 |
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| 申请号 | CN202410082319.7 | 申请日 | 2024-01-19 | 公开(公告)号 | CN117938160A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 重庆吉芯科技有限公司; | 发明人 | 李飞; 张勇; 贺信; 倪亚波; 赵霜叶; 俞宙; | ||||
| 摘要 | 本 申请 提供一种校正 模数转换 器 误差的方法及系统、时间交织模数转换器，包括：获取模数转换器的失调误差、增益误差及 采样 时间误差；根据失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益收敛速度；基于调节后的增益误差与增益误差期望值之间的增益差值调节采样时间收敛速度，对外输出校正后的数字 信号 。本申请能自适应的根据失调误差调节增益收敛速度，并根据调节后的增益误差调节采样时间收敛速度，实现先收敛失调误差、再收敛增益误差，最后收敛采样时间误差；增加模数转换器的 稳定性 ，避免出现不收敛的现象，降低误差之间的相互影响，提高模数转换器的动态性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种校正模数转换器误差的方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 校正模数转换器误差的方法及系统、时间交织模数转换器技术领域[0001] 本发明涉及模数转换器领域，具体涉及一种校正模数转换器误差的方法及系统、时间交织模数转换器。 背景技术[0002] 时间交织技术能够在模数转换器单核性能不变的前提下，通过多路分时采样转换，实现采样速率成倍的提升，有效的提高了模数转换器的工作频率，广泛应用于在高速高精度模数转换器领域。但是时间交织技术会因为通道之间的失调，增益，采样时间等失配，极大的降低模数转换器的动态性能，针对通道间的失配，近年来有多种校正技术被提出，其中的很多后台校正算法能够在不影响正常工作的前提下，实时对误差进行跟踪并校正，能够取得很好的校正效果。后台校正一般通过构建环路实现误差跟踪，但是针对多种失配误差，不同的环路同时工作，如果配置不合理会导致环路之间相互影响，最终收敛值会偏离实际误差，严重时甚至无法收敛，失去基本功能。目前对单核模数转换器的失调、增益及采样时间进行同时调整存在相互影响的情况，收敛达不到预期效果。 [0003] 因此，如何提供一种可校正模数转换器多个误差的方案，且根据该方案控制的时间交织模数转换器的误差符合预设条件，是目前亟需解决的技术问题。 发明内容[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种校正模数转换器误差的方法及系统、时间交织模数转换器，以解决上述技术问题中的至少之一。 [0005] 为达到上述目的及其他相关目的，本申请提供的技术方案如下。 [0006] 根据本申请实施例的一个方面，提供了一种校正模数转换器误差的方法，包括： [0007] 获取模数转换器的失调误差、增益误差及采样时间误差； [0008] 根据所述失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益收敛速度； [0010] 于本发明的一实施例中，根据所述失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益收敛速度，包括：若所述失调差值大于预设失调差值，将所述增益收敛速度降低至第一增益收敛速度；若所述失调差值小于或等于所述预设失调差值，将所述增益收敛速度升高至第二增益收敛速度；其中，所述第二增益收敛速度大于所述第一增益收敛速度。 [0011] 于本发明的一实施例中，将所述增益收敛速度降低至第一增益收敛速度，包括：基于所述失调差值获取增益速度关系表中对应的动态增益收敛速度；将所述动态增益收敛速度与附加增益收敛速度进行叠加，得到第一增益收敛速度；其中，所述增益速度关系表为所述失调差值与所述增益收敛速度的映射关系表，附加增益收敛速度为手动输入的增益收敛速度。 [0012] 于本发明的一实施例中，基于调节后的增益误差与增益误差期望值之间的增益差值调节采样时间收敛速度，包括：若调节后的增益差值大于预设增益差值，将所述采样时间收敛速度降低至第一采样时间收敛速度；若调节后的增益差值小于或等于预设增益差值，将所述采样时间收敛速度升高至第二采样时间收敛速度；其中，所述第一采样时间收敛速度小于所述第二采样时间收敛速度。 [0013] 于本发明的一实施例中，得到校正后的数字信号包括：基于所述失调误差对校正前的数字信号进行失调调节，得到失调校正数字信号；基于所述增益误差对所述失调校正数字信号进行增益调节，得到增益校正数字信号；基于所述采样时间误差对所述增益校正数字信号进行时间延迟处理，得到校正后的数字信号。 [0014] 于本发明的一实施例中，所述方法还包括：基于LMS算法获取所述模数转换器的失调误差、增益误差及采样时间误差。 [0015] 根据本申请实施例的一个方面，还提供了一种校正模数转换器误差的系统，包括：采集模块，用于获取模数转换器的失调误差、增益误差及采样时间误差；增益误差控制模块，用于根据所述失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益收敛速度；采样时间误差控制模块，基于调节后的增益误差与增益误差期望值之间的增益差值调节采样时间收敛速度，对外输出校正后的数字信号。 [0016] 于本发明的一实施例中，所述系统还包括采样时间调整模块，所述采样时间调整模块用于对所述采样时间误差进行时间延迟处理，所述采样时间调整模块的工作状态包括：当获取所述采样时间误差失败，将所述采样时间调整模块的工作状态切换为空闲状态；当调整后的采样时间误差大于采样时间误差期望值，将所述采样时间调整模块的工作状态切换为收敛状态；当调整后的采样时间误差小于或等于所述采样时间误差期望值，将所述采样时间调整模块的工作状态切换为监测状态。 [0017] 根据本申请实施例的一个方面，还提供了一种时间交织模数转换器，时间交织模数转换器可应用于如前所描述的正模数转换器误差的系统，时间交织模数转换器包括多个模数转换器，通过所述校正模数转换器误差的系统对模数转换器输出数据信号的失调误差、增益误差及采样时间误差进行调节。 [0018] 本申请提供一种校正模数转换器误差的方法及系统、时间交织模数转换器，校正模数转换器误差的方法包括：获取模数转换器的失调误差、增益误差及采样时间误差；根据失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益收敛速度；基于调节后的增益误差与增益误差期望值之间的增益差值调节采样时间收敛速度，对外输出校正后的数字信号。本申请能自适应的根据失调误差调节增益收敛速度，并根据调节后的增益误差调节采样时间收敛速度，实现先收敛失调误差、再收敛增益误差，最后收敛采样时间误差；增加模数转换器工作的稳定性，避免出现不收敛的现象。在调节过程中，降低误差之间的相互影响，提高模数转换器的动态性能。 [0020] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术者来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中： [0021] 图1是本发明的一示例性实施例示出的校正模数转换器误差的方法的流程图； [0022] 图2是本发明的一示例性实施例示出的校正模数转换器误差的框图； [0023] 图3是本发明的一示例性实施例示出的增益速度控制模块的框图； [0024] 图4是本发明的一示例性实施例示出的采样时间速度控制模块的框图； [0025] 图5是本发明的一示例性实施例示出的采样时间调整模块的控制图； [0026] 图6是本发明的一示例性实施例示出的时间交织模数转换器的框图。 具体实施方式[0027] 以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。 [0028] 需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。 [0029] 在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。 [0030] LMS算法(Least Mean Square)，是一种最陡下降算法的改进算法，是在维纳滤波理论上运用速下降法后的优化延伸。该算法不需要已知输入信号和期望信号的统计特征，“当前时刻”的权系数是通过“上一时刻”权系数再加上一个负均方误差梯度的比例项求得。其具有计算复杂程度低、在信号为平稳信号的环境中收敛性好、其期望值无偏地收敛到维纳解和利用有限精度实现算法时的平稳性等特性。 [0031] 发明人研究发现，时间交织技术能够在模数转换器单核性能不变的前提下，通过多路分时采样转换，实现采样速率成倍的提升，有效的提高了模数转换器的工作频率，广泛应用于在高速高精度模数转换器领域。但是时间交织技术会因为通道之间的失调，增益，采样时间等失配，极大的降低模数转换器的动态性能，针对通道间的失配，近年来有多种校正技术被提出，其中的很多后台校正算法能够在不影响正常工作的前提下，实时对误差进行跟踪并校正，能够取得很好的校正效果。后台校正一般通过构建环路实现误差跟踪，但是针对多种失配误差，不同的环路同时工作，如果配置不合理会导致环路之间相互影响，最终收敛值会偏离实际误差，严重时甚至无法收敛，失去基本功能。目前对单核模数转换器的失调、增益及采样时间进行同时调整存在相互影响的情况，收敛达不到预期效果。 [0032] 请参阅图1，图1是本发明的一示例性实施例示出的校正模数转换器误差的方法的流程图。如图1所示，在一示例性的实施例中，一种校正模数转换器误差的方法至少包括步骤S110～S130，详细介绍如下： [0033] S110、获取模数转换器的失调误差、增益误差及采样时间误差； [0034] S120、根据失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益收敛速度； [0035] S130、基于调节后的增益误差与增益误差期望值之间的增益差值调节采样时间收敛速度，对外输出校正后的数字信号。 [0036] 请参阅图2，图2是本发明的一示例性实施例示出的校正单核模数转换器误差的框图。 [0037] 如图2所示，校正单核模数转换器的框图包括单核模数转换器件11，失调调整模块12，增益速度控制模块13，采样时间调整模块14，时钟延迟模块15，数据输出模块16，增益速度控制模块21及采样时间速度控制模块22。其中，单核模数转换器件11将模拟信号转换为数字信号，在时间交织架构中，每个单核模数转换器工作在相同频率的时钟，采样时钟的相位是不一致的；失调调整模块12获取失调误差，并将失调误差反馈加法器上，对失调误差进行收敛调整；增益速度控制模块13获取增益误差，将增益误差反馈到乘法器上，对增益误差进行收敛调整；采样时间调整模块14获取采样时间误差，将采样时间误差反馈到时钟延迟模块15上；通过时钟延迟模块15进行时间延迟，再将调整后的时间输入单核模数转换器件 11，完成对采样时间误差的收敛；数据输出模块16接收调整后的数字信号；增益速度控制模块21根据失调误差的大小控制增益速度控制模块13的增益收敛速度；采样时间速度控制模块22根据调整后的增益误差的大小控制采样时间调整模块14的采样时间收敛速度。 [0038] 在本发明的一个实施例中，根据失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益收敛速度，包括：若失调差值大于预设失调差值，将增益收敛速度降低至第一增益收敛速度；若失调差值小于或等于预设失调差值，将增益收敛速度升高至第二增益收敛速度；其中，第二增益收敛速度大于第一增益收敛速度。具体地，如图2所示，通过失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益速度控制模块的增益收敛速度，包括：通过失调调整模块获取失调误差，将失调误差通过加法器反馈到数据中，逐渐收敛至失调误差期望值，失调调整模块将实时的失调误差输入增益速度控制模块，增益速度控制模块将失调误差与失调误差期望值进行差值计算，得到失调差值，将失调差值与预设失调差值进行比较，当失调差值大于预设失调差值，表示失调误差目前未达到目标失调误差，失调调整模块的失调收敛速度处于前期收敛，则降低增益收敛速度，将增益收敛速度调节为第一增益收敛速度；若失调差值小于或等于预设失调差值，表示失调误差目前达到目标失调误差，失调调整模块的失调收敛速度处于后期收敛，升高增益收敛速度，将增益收敛速度调节为第二增益收敛速度。 [0039] 请参阅图3，图3是本发明的一示例性实施例示出的增益速度控制模块的框图。 [0040] 在本发明的一个实施例中，将增益收敛速度降低至第一增益收敛速度，包括：基于失调差值获取增益速度关系表中对应的动态增益收敛速度；将动态增益收敛速度与附加增益收敛速度进行叠加，得到第一增益收敛速度；其中，增益速度关系表为失调差值与增益收敛速度的映射关系表，附加增益收敛速度为手动输入的增益收敛速度。详细地，如图3所示，通过失调调整模块将失调误差输入增益速度控制模块，通过增益速度控制模块计算失调误差和失调误差期望值之间的失调差值，增益速度控制模块将失调差值输入增益速度关系表，查找失调差值对应的动态增益收敛速度，若当前失调差值对应的动态增益收敛速度无法快速将增益收敛速度调整目标收敛速度，则手动输入一个附加增益收敛速度，附加增益收敛速度可以为零，将动态增益收敛速度与附加增益收敛速度相加，得到目标增益收敛速度。当失调差值大于预设失调差值时，需要将增益收敛速度降低，将当前失调差值输入增益速度关系表，查找失调差值对应的动态增益收敛速度，并将查找得到的动态增益收敛速度与附加增益收敛速度进行叠加，得到第一增益收敛速度。 [0041] 同理可得，当失调差值小于或等于预设失调差值时，需要将增益收敛速度升高，将当前失调差值输入增益速度关系表，查找失调差值对应的动态增益收敛速度，并将查找得到的动态增益收敛速度与附加增益收敛速度进行叠加，得到第二增益收敛速度。 [0042] 在本发明的一实施例中，基于调节后的增益误差与增益误差期望值之间的增益差值调节采样时间收敛速度，包括：若调节后的增益差值大于预设增益差值，将采样时间收敛速度降低至为第一采样时间收敛速度；若调节后的增益差值小于或等于预设增益差值，将采样时间收敛速度升高至第二采样时间收敛速度；其中，第一采样时间收敛速度小于第二采样时间收敛速度。具体地，请参阅图2，增益速度控制模块根据增益收敛速度调节增益误差，将调节后的增益误差输入采样时间速度控制模块，根据调节后的增益误差与增益误差期望值计算增益差值，将增益差值与预设增益差值进行比较，当调节后的增益差值大于预设增益差值时，表示增益误差为完成收敛或者失调误差未完成收敛，将采样时间调整模块的采样时间收敛速度降低，并将采样时间收敛速度调节为第一采样时间收敛速度，当调节后的增益差值小于或等于预设增益差值，表示失调误差和增益误差都满足预设期望值，提升采样时间调整模块的采样时间收敛速度，将采样时间收敛速度调节为第二采样时间收敛速度。 [0043] 在本发明的一个实施例中，获取校正后的数字信号包括：基于失调误差对校正前的数字信号进行失调调节，得到失调校正数字信号；基于增益误差对失调校正数字信号进行增益调节，得到增益校正数字信号；基于采样时间误差对增益校正数字信号进行时间延迟处理，得到校正后的数字信号。具体地，如图2所示，失调调整模块获取失调误差，并将失调误差通过加法器反馈到模数转换器输出的数字信号上，实现对失调误差的调节，得到失调校正数字信号，增益调整模块获取增益误差，并通过乘法器将增益误差反馈到完成失调误差调整的失调校正数据信号上，得到增益校正数字信号，采样时间调整模块获取采样时间误差，将采样时间误差输入时钟延迟模块，通过时钟延迟模块对采样时间误差进行时间延迟处理，得到校正后的数字信号，将校正后的数字信号输入数据输出模块进行数据输出。 [0044] 请参阅图4，图4是本发明的一示例性实施例示出的采样时间速度控制模块的框图。 [0045] 在本发明的一个实施例中，将采样时间收敛速度降低至第一采样时间收敛速度，包括：基于采样时间差值获取采样时间速度关系表中对应的动态采样时间收敛速度；将动态采样时间收敛速度与附加采样时间收敛速度进行叠加，得到第一采样时间收敛速度；其中，采样时间速度关系表为采样时间差值与采样时间收敛速度的映射关系表，附加采样时间收敛速度为手动输入的采样时间收敛速度。 [0046] 详细地，如图4所示，通过失调调整模块将失调误差输入采样时间速度控制模块，通过采样时间速度控制模块计算失调误差和失调误差期望值之间的失调差值，在失调差值满足预设失调差值时，通过增益速度控制模块将增益误差输入采样时间速度控制模块，计算调节后的增益误差和增益误差期望值之间的增益差值，采样时间速度控制模块将增益差值输入采样时间速度关系表，查找增益差值对应的动态采样时间收敛速度，若当前增益差值对应的动态采样时间收敛速度无法快速将采样时间收敛速度调整目标收敛速度，则手动输入一个附加采样时间收敛速度，附加采样时间收敛速度可以为零，将动态采样时间收敛速度与附加采样时间收敛速度相加，得到目标采样时间收敛速度。当增益差值大于预设增益差值时，需要将采样时间收敛速度降低，将当前增益差值输入采样时间速度关系表，查找增益差值对应的动态采样时间收敛速度，并将查找得到的动态采样时间收敛速度与附加采样时间收敛速度进行叠加，得到第一采样时间收敛速度。 [0047] 同理可得，当增益差值小于或等于预设增益差值时，需要将采样时间收敛速度升高，将当前增益差值输入采样时间速度关系表，查找增益差值对应的动态采样时间收敛速度，并将查找得到的动态采样时间收敛速度与附加采样时间收敛速度进行叠加，得到第二采样时间收敛速度。 [0048] 在本发明的一实施例中，该方法还包括：基于LMS算法获取模数转换器的失调误差、增益误差及采样时间误差。 [0049] 详细地，基于LMS算法获取模数转换器的失调误差的表达式如(1)所示： [0050] offsetn+1＝offsetn+μO∑(Dout0‑offsetn) (1) [0051] 在表达式(1)中，Dout0为校正前的数据，offset提取出的失调误差，μO为失调收敛速度。 [0052] 基于LMS算法获取模数转换器的增益误差的表达式如(2)所示： [0053] gainn+1＝gainn‑μG∑(|DoutA|‑(|DoutB|×(1+gainn))×|DoutB| (2)[0054] 在表达式(2)中，DoutA与DoutB为校正前的数据，gain为失调误差，μG为增益收敛速度。 [0055] 基于LMS算法获取模数转换器的采样时间误差，使用差值后取绝对值的方式，得到采样时间误差值，μT为采样时间收敛速度。 [0056] 在本申请的一示例性实施例中，本申请还提供一种校正模数转换器误差的系统，包括：采集模块、增益误差控制模块及采样时间误差控制模块； [0057] 采集模块，用于获取模数转换器的失调误差、增益误差及采样时间误差； [0058] 增益误差控制模块，用于根据失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益收敛速度； [0059] 采样时间误差控制模块，基于调节后的增益误差与增益误差期望值之间的增益差值调节采样时间收敛速度，对外输出校正后的数字信号。 [0060] 请参阅图5，图5是本发明的一示例性实施例示出的采样时间调整模块的控制图。 [0061] 因为时钟延迟模块位于模数转换器的前端，时钟信号非常敏感，通过LMS算法的获取采样时间误差，使得时钟延迟模块在稳定状态会在某些值之间震荡，震荡会影响采样时间，因此，在采样时间调整模块中增加了工作状态的控制指令。 [0062] 在本申请的一个实施例中，该系统还包括采样时间调整模块，采样时间调整模块用于对采样时间误差进行时间延迟处理，采样时间调整模块的工作状态包括：当获取采样时间误差失败，将采样时间调整模块的工作状态切换为空闲状态；当调整后的采样时间误差大于采样时间误差期望值，将采样时间调整模块的工作状态切换为收敛状态；当调整后的采样时间误差小于或等于采样时间误差期望值，将采样时间调整模块的工作状态切换为监测状态，以监测采样时间误差。如图5所示，由前所描述的校正模数转换器误差的方法可知，采样时间误差是通过LMS算法获取的，当LMS算法获取采样时间误差失败时，采样时间调整模块的工作状态切换为空闲状态(IDLE)；若LMS算法能正常获取采样时间误差，当采样时间误差大于采样时间误差期望值，将采样时间收敛速度设置为第二采样时间收敛速度，此时，采样时间调整模块的工作状态为收敛状态(CALIB)；当采样时间误差小于或等于采样时间误差期望值，将采样时间调整模块的工作状态切换为监测状态(MONIT)，以监测实时的采样时间误差，当采样时间误差再次大于采样时间误差期望值时，采样时间调整模块的工作状态切换为收敛状态(CALIB)，需要强调的是，若收敛过程中发生了异常，无法进行收敛，采样时间调整模块的工作状态的状态从收敛状态(CALIB)变更为睡眠状态(SLEEP)。 [0063] 需要说明的是，上述实施例所提供的校正模数转换器误差的系统与上述实施例所提供的校正模数转换器误差的方法属于同一构思，其中各个模块和单元执行操作的具体方式已经在方法实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。上述实施例所提供的校正模数转换器误差的系统在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能，本处也不对此进行限制。 [0064] 请参阅图6，图6是本发明的一示例性实施例示出的时间交织模数转换器的框图。 [0065] 在本申请的一示例性实施例中，请参阅图6，本申请还提供一种时间交织模数转换器，该时间交织模数转换器可应用于如前所描述的校正模数转换器误差的系统，时间交织模数转换器包括多个模数转换器，通过校正模数转换器误差的系统对模数转换器输出数据信号的失调误差、增益误差及采样时间误差进行调节。 [0066] 本申请提供一种校正模数转换器误差的方法及系统、时间交织模数转换器，校正模数转换器误差的方法包括：获取模数转换器的失调误差、增益误差及采样时间误差；根据失调误差与失调误差期望值之间的失调差值调节增益收敛速度；基于调节后的增益误差与增益误差期望值之间的增益差值调节采样时间收敛速度，对外输出校正后的数字信号。本申请能自适应的根据失调误差调节增益收敛速度，并根据调节后的增益误差调节采样时间收敛速度，实现先收敛失调误差、再收敛增益误差，最后收敛采样时间误差；增加模数转换器工作的稳定性，避免出现不收敛的现象。在调节过程中，降低误差之间的相互影响，提高模数转换器的动态性能。采用用数字校准方式，可解决时间交织模数转换器信噪比和线性度下降问题，硬件消耗更小，误差校准精度更高。 [0067] 上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 |
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