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基于误差修正算法的并行 交替采样 ADC 的应用
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并行交替采样 ADC 原理 并行交替采样 ADC ( Time-interleaved ADC, TI-ADC) 结 构能够将多片相对低采样率的 ADC 芯片组合起来构成高 采样率系统。
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TI-ADC 的缺陷 由于制造工艺的原因,通道间失配误差会 降低整个 TI-ADC 系统的 SNR 和 SFDR. 三种失配误差 : 偏置误差( Offset Error ) 增益误差( Gain Error ) 采样间隔误差( Timing-skew Error )
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增益误差( Gain Mismatch) 增益误差( Gain Mismatch) 增益失配的示意图
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增益失配的时域和频域分析 时域分析频域分析 基本误差信号周期等于单个 ADC 采样周期( fs/M ) 误差信号的幅度被输入正弦信号的幅度所调制 最大误差发生在输入正弦波的峰值处 误差信号的包络线频率等于输入正弦波频率 频域中的噪声峰: f noise = fin + k x fs/M 噪声频率与输入信号频率相关 噪声频率与采样频率相关 k = i/M
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采样间隔误差( Phase Mismatch) 时钟相位失配的示意图
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时钟相位失配的时域和频域分析 时域分析频域分析 基本误差信号周期等于单个 ADC 采样周期( fs/M ) 误差信号的幅度被输入正弦信号的导数所调制 最大误差发生在输入正弦波的过零处 误差信号的包络线频率等于输入正弦波频率,但相 相位与增益误差信号相差 90 度 频域中的噪声峰: f noise = fin + k x fs/M 噪声频率与输入信号频率相关 噪声频率与采样频率相关 k = i/M
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偏置误差( Offset Mismatch) 偏置失配的示意图
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偏置失配的时域和频域分析 时域分析频域分析 误差与输入信号在时域和频域均无关 误差信号周期等于单个 ADC 采样周期 频域中的噪声峰: f noise = k x fs/m 噪声频率与采样频率相关 k = i/M
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三种误差的总效应 Total Mismatch error: 增益和时间相位误差: 偏置误差:
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数字后处理系统框图 数字后处理算法研究 误差估计算法 误差修正算法
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混合滤波器组系统分析 ——TI-ADC TI-ADC :
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TI-ADC 重构滤波器( 1 ) 假设 x(t) 是 1st Nyquist 内的带限信号,则 y(n) 的 Fourier transformation 可以写成: 其中:
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TI-ADC 重构滤波器( 2 ) 重构滤波器: 其中 与 α (m+1)k 是 矩阵 A -1 (d) 的元素
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TI-ADC 重构滤波器( 3 ) 重构滤波器的冲激响应
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TI-ADC 重构滤波器( 4 ) 重构滤波器组的多相实现结构: 频率相关的修正方法
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TI-ADC 硬件设计 模拟输入信号 1:M 拆分与驱动 低失真 一致性好 多相时钟产生 低抖动 精确相移
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14bit 320Msps TIADC ( 1 ) There are Four ADCs operate in parallel Implemented the Post- Processing
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4 ADCs AD6645 Implemented the Post- Processing 14 bit 4 Gsps TIADC
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14bit 320Msps TIADC ( 2 ) 模拟前端:功分器 + 变压器 多相时钟产生:分立 锁相环结构 FPGA 内实时修正失 配误差
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14bit 320Msps TIADC ( 3 ) Fin = 59.0MHz Offset Error: (LSB) 18.9 9.019.114.0 Gain Error: (%) 0 -2.01 -1.57 -0.80 Time Error: (ps) 0 -2.6 15.1 37.6 修正前 : SINAD = 40.1dB SFDR = 41.0dB 修正后 : SINAD = 66.4dB SFDR = 92.1dB
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8bit 4Gsps TIADC ( 1 )
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8bit 4 Gsps TIADC AT84AD001B ADC 数据接收 和存储
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8bit 4Gsps TIADC ( 2 ) 模拟前端:功分器 + 变压器 多相时钟产生:集成锁相环 + 延迟线 高速 LVDS 信号接收
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8bit 4Gsps TIADC ( 3 ) Fin = 803.0MHz Offset Error: (LSB) 0-3.78-10.66-3.38 Gain Error: (%) 0 -2.65 -0.48 -1.69 Time Error: (ps) 0 -39.63 -22.91 -81.22 修正前 : SINAD = 17.3dB SFDR = 19.4dB 修正后 : SINAD = 35.4dB SFDR = 50.8dB
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8bit 500Msps TIADC ( 1 )
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8bit 500M sps TIADC AD9480 ADC 数据接收 和存储
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8bit 500Msps TIADC ( 2 ) 模拟前端:可变增益放大器 多相时钟产生:集成锁相环 DDR SDRAM 大容量数据缓存
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8bit 4Gsps TIADC ( 3 ) Fin = 50.0MHz Offset Error: (LSB) 0-4.1 Gain Error: (%) 0 1.006 Time Error: (ps) 0 47.3 修正前 : SINAD = 35.5dB SFDR = 35.2dB 修正后 : SINAD = 44.6dB SFDR = 62.8dB
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