高速TIADC并行采樣系統(tǒng)綜合校正技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代電子信號復(fù)雜性、特別是寬帶和非平穩(wěn)特性的增長極為迅速，以掃頻為主的頻域測試儀器從測量原理上難以滿足寬帶、瞬態(tài)信號的實(shí)時測試要求。以數(shù)字示波器為代表的、基于實(shí)時采樣的時域儀器正在成為現(xiàn)代電子測試技術(shù)的主流發(fā)展趨勢，孕育著電子儀器體系和測量方法的重要變革。高速率高精度采樣已經(jīng)成為現(xiàn)代時域測試儀器的瓶頸問題。采樣速率、采樣精度越高，可采集的模擬信號帶寬越寬，對信號的還原能力越強(qiáng)。雖然近幾年單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器件（ADC）的采樣速率有了很大提高，

2、仍然難以同時兼顧高速與高精度。ADC時間交替（TIADC）并行采樣技術(shù)是在現(xiàn)有器件條件下，最大限度提高實(shí)時采樣率，并保持采集精度的最有效方法之一，可以突破ADC以及相關(guān)器件工作速度的限制，實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。然而，TIADC并行采樣技術(shù)依賴于各通道間參數(shù)的精確匹配。由于各通道ADC之間的增益和偏置難以達(dá)到嚴(yán)格一致，各通道間的采樣時鐘相位延時也難以準(zhǔn)確無偏，這將導(dǎo)致采樣信號非均勻，嚴(yán)重降低了系統(tǒng)性能。如何使用數(shù)字信號處理方法實(shí)現(xiàn)通道失

3、配誤差的估計和校正是本文的研究重點(diǎn)。結(jié)合攻讀博士學(xué)位期間參與的國家自然科學(xué)基金研究項目，著眼于寬帶并行采樣數(shù)字存儲示波器等高性能時域測試儀器實(shí)現(xiàn)技術(shù)，本文主要從如下幾個方面進(jìn)行了研究：
　　 ⑴TIADC并行采樣系統(tǒng)行為模型的建立。根據(jù)TIADC并行采樣系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理，建立了基于Matlab的TIADC采樣系統(tǒng)行為模型，深入分析了系統(tǒng)誤差來源和非均勻信號頻譜特性，推導(dǎo)了性能指標(biāo)的計算公式，給出了通道失配誤差對ADC系統(tǒng)性能

4、的影響。指導(dǎo)并行采樣性能的分析以及非均勻誤差估計和校正算法的設(shè)計。
　　 ⑵通道失配盲估計方法。根據(jù)通道采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性，分別提出了基于迭代盲估計和極大似然估計的時基誤差估計算法。研究了通道失配誤差的特點(diǎn)，建立了通道失配誤差自適應(yīng)綜合估計模型，分別給出了頻域和時域自適應(yīng)估計算法。其中，針對不同的應(yīng)用情況，基于時域的自適應(yīng)綜合估計算法又分為線性插值（Linear Interpolation，LI）估計和分?jǐn)?shù)延時（Fraction

5、al Delay，F(xiàn)D）估計兩種估計算法。應(yīng)用自適應(yīng)算法，綜合考慮三種誤差的影響，一次性實(shí)現(xiàn)三種通道失配誤差的估計。
　　 ⑶非均勻信號綜合重構(gòu)方法。首先，給出了離散Fourier變換多通道分解方法，通過較少的運(yùn)算量實(shí)現(xiàn)了基于頻域的多通道時基誤差頻譜重構(gòu)算法。其次，基于LI重構(gòu)和FD重構(gòu)，提出了兩種時域綜合校正算法，同時解決幅度和時基非均勻校正問題，提高了系統(tǒng)性能，并對比了兩種算法的校正效果，討論了兩種算法的適用情況，評價了校正

6、前后的系統(tǒng)性能指標(biāo)。提出了新的FD濾波器約束準(zhǔn)則，給出了優(yōu)化設(shè)計方法。
　　 ⑷實(shí)際2GSa/s雙通道TIIADC并行采集系統(tǒng)驗證。給出了應(yīng)用兩片ADC（AT84AD001:1GSa/s、8Bit）實(shí)現(xiàn)一套雙通道、采樣率為2GSa/s的高速TIADC并行采樣數(shù)字存儲示波器系統(tǒng)實(shí)例；利用數(shù)字后端處理系統(tǒng)，基于FPGA實(shí)現(xiàn)了經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的FD濾波器，以及通道失配誤差綜合校正；分別對頻率為10MHz和150MHz的正弦信號進(jìn)行測試，實(shí)現(xiàn)