一种模数转换器校准方法与流程

本发明涉及模数转换器，具体为一种模数转换器校准方法。

背景技术：

1、模数转换器即a/d转换器，或简称adc，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件，通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号，由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小，故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小，而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

2、在数模混合系统中，模数转换器的指标影响着整个系统的性能，其中，采样速度和转换精度是关键，为了提高采样速度，一种较为常见的方法是采用时间交叉采样模数转换器，即多条模数转换器并行工作的方案，在时间交叉采样中每条模数转换器都可以全速采样，整个模数转换器的采样速率即以线性增加，然而，时间交叉采样模数转换器中由于通道间存在的失调失配、增益失配的因素影响了信噪比，从而减小了模数转换器的有效精度，为此提出一种模数转换器校准方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种模数转换器校准方法，具备校准精度高的优点，解决了为了提高采样速度，一种较为常见的方法是采用时间交叉采样模数转换器，即多条模数转换器并行工作的方案，在时间交叉采样中每条模数转换器都可以全速采样，整个模数转换器的采样速率即以线性增加，然而，时间交叉采样模数转换器中由于通道间存在的失调失配、增益失配的因素影响了信噪比，从而减小了模数转换器有效精度的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模数转换器校准方法，包括以下步骤：

3、1)在模数转换器开始运行之前，进行初始化操作，准备校准过程；

4、2)设置时间交叉采样adc中通道的个数模数，设置模数转换器的转换模型；

5、3)计算出第一条通道的失调、增益误差校准参数；

6、4)计算出其余通道的失调、增益误差校准参数；

7、5)对各通道的数字量进行校准；

8、6)合成数据后得出最后的数字输出量。

9、进一步，所述步骤2)中时间交叉采样adc中通道个数为m。

10、进一步，所述步骤2)中目数转换器的转换模型为：

11、

12、其中，由于通道间的偏差，ai(＝0，1，…，m-1)的值不一致，voi的值也不同。

13、进一步，所述步骤1)中的模数转换器总的采样频率为fx，每条通道adc的采样频率为fx/m。

14、进一步，所述输入频率为f的正弦波时，失调误差在频谱上表现为m/fx周期的噪声，在输出频谱上为频率为k×fx/m(k-1，2，…)的谐波，这些谐波与输入信号无关，由增益误差引起的噪声表现为幅度受输入正弦信号调制的频率为fx/m的谐波谱线在±f+k×fx/m(k＝1，2，…)处。

15、进一步，所述步骤3)和步骤4)中的失调、增益误差校准参数的计算公式为：

16、

17、其中，a1～am-1为其余各通道相对于第一条通道的失调误差校准参数，b1～bm-1为其余各通道相对于第一条通道的增益误差校准参数，d0为第一条通道输出的数字量，d1～dm-1为其余通道输出的数字量。

18、进一步，所述a1～am-1和b1～bm-1采用最小二乘法进行最佳平方逼近，即可得到到失调误差和增益误差的校准参数。

19、进一步，所述步骤5)中的校准公式为：

20、

21、其中，d0～dm-1为每个通道输出的数字量，d'0～d'm-1为校准后的数字量。

22、进一步，所述步骤6)中合成数据需要用到数据选择器，进而得到最后的数字输出量。

23、进一步，所述步骤1)中的模数转换器采用标准模式和工作模式，电路工作在校准模式时校准信号产生电路输出测试模拟信号，由四个通道依次转换出数据d0<1>～d3<1>.多路选择器将四路数字量输出到校准运算电路中进行相应计算.接着校准信号产生电路依次产生对应的测试模拟信号，四个通道依次转换出数据d0<2>～d3<2>，d0<3>～d3<3>，…d0<2o>～d3<2o>，数据处理完成后即得出校准参数。

24、与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

25、该模数转换器校准方法，采用其余通道向一条通道校准的方案，首先计算出各条通道相对于第一通道的失调、增益误差参数，再对各通道进行数字量的校准，有效地消除了通道间失调误差和增益误差对转换结果的影响，解决了为了提高采样速度，一种较为常见的方法是采用时间交叉采样模数转换器，即多条模数转换器并行工作的方案，在时间交叉采样中每条模数转换器都可以全速采样，整个模数转换器的采样速率即以线性增加，然而，时间交叉采样模数转换器中由于通道间存在的失调失配、增益失配的因素影响了信噪比，从而减小了模数转换器有效精度的问题。

技术特征：

1.一种模数转换器校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种模数转换器校准方法，其特征在于，所述步骤2)中时间交叉采样adc中通道个数为m。

3.根据权利要求1所述的一种模数转换器校准方法，其特征在于，所述步骤2)中目数转换器的转换模型为：

4.根据权利要求1所述的一种模数转换器校准方法，其特征在于，所述步骤1)中的模数转换器总的采样频率为fx，每条通道adc的采样频率为fx/m。

5.根据权利要求4所述的一种模数转换器校准方法，其特征在于，所述输入频率为f的正弦波时，失调误差在频谱上表现为m/fx周期的噪声，在输出频谱上为频率为k×fx/m(k-1，2，…)的谐波，这些谐波与输入信号无关，由增益误差引起的噪声表现为幅度受输入正弦信号调制的频率为fx/m的谐波谱线在±f+k×fx/m(k＝1，2，…)处。

6.根据权利要求1所述的一种模数转换器校准方法，其特征在于：所述步骤3)和步骤4)中的失调、增益误差校准参数的计算公式为：

7.根据权利要求6所述的一种模数转换器校准方法，其特征在于，所述a1～am-1和b1～bm-1采用最小二乘法进行最佳平方逼近，即可得到到失调误差和增益误差的校准参数。

8.根据权利要求1所述的一种模数转换器校准方法，其特征在于，所述步骤5)中的校准公式为：

9.根据权利要求1所述的一种模数转换器校准方法，其特征在于：所述步骤6)中合成数据需要用到数据选择器，进而得到最后的数字输出量。

10.根据权利要求1所述的一种模数转换器校准方法，其特征在于：所述步骤1)中的模数转换器采用标准模式和工作模式，电路工作在校准模式时校准信号产生电路输出测试模拟信号，由四个通道依次转换出数据d0<1>～d3<1>.多路选择器将四路数字量输出到校准运算电路中进行相应计算.接着校准信号产生电路依次产生对应的测试模拟信号，四个通道依次转换出数据d0<2>～d3<2>，d0<3>～d3<3>，…d0<2o>～d3<2o>，数据处理完成后即得出校准参数。

技术总结
本发明涉及一种模数转换器校准方法，包括以下步骤：1)在模数转换器开始运行之前，进行初始化操作，准备校准过程；2)设置时间交叉采样ADC中通道的个数模数，设置模数转换器的转换模型；3)计算出第一条通道的失调、增益误差校准参数；4)计算出其余通道的失调、增益误差校准参数；5)对各通道的数字量进行校准；6)合成数据后得出最后的数字输出量。该模数转换器校准方法，采用其余通道向一条通道校准的方案，首先计算出各条通道相对于第一通道的失调、增益误差参数，再对各通道进行数字量的校准，有效地消除了通道间失调误差和增益误差对转换结果的影响，从整体上提高了模数转换器的校准精度。

技术研发人员：石方敏
受保护的技术使用者：江苏谷泰微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29