混合濾波器組模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器校準技術(shù)的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的要求也越來越高，在保證高精度輸出的同時采樣速度也可以不斷的提升。然而，單個ADC很難同時滿足這兩個條件。為解決上述問題，將多抽樣率信號處理理論應(yīng)用于ADC系統(tǒng)中，形成了以時間交替采樣、離散時間正交鏡像濾波器組和混合濾波器組為主的并行采樣結(jié)構(gòu)ADC系統(tǒng)?；诨旌蠟V波器組的ADC系統(tǒng)可以有效的克服時間交替采樣結(jié)構(gòu)中的時間不匹配問題以及離散時間正交鏡像濾波器組結(jié)構(gòu)中

2、的開關(guān)電容噪聲問題而成為本論文的主要研究對象。
　　 在研讀大量國內(nèi)外最新研究成果的基礎(chǔ)之上，對基于混合濾波器組ADC系統(tǒng)的數(shù)字校準技術(shù)進行了深入的分析與研究，并提出一些新觀點、新模型和新方法。本文的主要工作如下：
　　 首先，在深入研究多抽樣率數(shù)字信號處理理論的基礎(chǔ)上，分析了時間交替采樣ADC系統(tǒng)、正交鏡像濾波器組ADC系統(tǒng)和混合濾波器組ADC系統(tǒng)的工作原理、頻率響應(yīng)以及完全重構(gòu)條件。采用不同結(jié)構(gòu)實現(xiàn)混合濾波器組中的分

3、解濾波器組，通過深入剖析反傅立葉變換數(shù)字綜合濾波器組設(shè)計算法后，闡明了基于功率互補結(jié)構(gòu)混合濾波器組ADC系統(tǒng)的重構(gòu)性能明顯優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的原因。
　　 接著，將影響混合濾波器組重構(gòu)性能的現(xiàn)實偏差引入到系統(tǒng)中。通過分析模擬電路偏差模型、通路失配偏差（偏置偏差、增益偏差、時間偏差、帶寬失配偏差）模型、ADC量化效應(yīng)模型和數(shù)字濾波器系數(shù)量化效應(yīng)模型對混合濾波器組ADC系統(tǒng)頻率響應(yīng)的影響，并結(jié)合系統(tǒng)仿真說明了不同性質(zhì)的現(xiàn)實偏差所帶來的不同

4、形式的惡化現(xiàn)象。
　　 然后，根據(jù)不同類型現(xiàn)實偏差的特點，分別提出數(shù)字綜合濾波器組系數(shù)中心頻帶優(yōu)化方法、模擬分解濾波器組系數(shù)偏差輸入相關(guān)估計模型、相對帶寬失配偏差模型校準方法以及針對校準系統(tǒng)非線性偏差的頻率相關(guān)等效模型。系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，利用上述方法校準后的混合濾波器組ADC系統(tǒng)均具有高性能的重構(gòu)結(jié)果。
　　 最后，為驗證頻率相關(guān)等效模型校準算法的有效性和實用性，設(shè)計并實現(xiàn)了兩通路12 bits200Msps混合濾波器組

5、ADC系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由無源二端口模擬濾波器網(wǎng)絡(luò)、兩片12 bits100Msps的ADC芯片和兩個128階有限長沖激響應(yīng)數(shù)字校準濾波器組成。采用非線性偏差頻率相關(guān)等效模型優(yōu)化方法對輸出數(shù)據(jù)校準后，重構(gòu)頻譜中混疊噪聲的無雜動態(tài)范圍大于80dB，完全可以滿足12bits精度ADC系統(tǒng)的需要。
　　 本論文針對混合濾波器組ADC系統(tǒng)現(xiàn)實偏差的校準技術(shù)進行了重點研究。理想條件下并行采樣系統(tǒng)的完全重構(gòu)條件是后續(xù)理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)；現(xiàn)實偏差模