一种TIADC失配误差校准方法与系统

本发明属于自动检测技术与仪器领域，涉及一种tiadc失配误差校准方法与系统。

背景技术：

1、tiadc(time-interleaved analog-to-digital converter，时分复用模数转换器)在实际应用中常面临失配误差的问题。失配误差是指由于制造工艺、环境变化或电路设计不完善等原因导致各个通道之间性能不一致的情况，如增益失配中不同通道的增益不同，导致输入信号在不同通道之间的放大程度不一致；时钟失配由于不同通道的时钟相位存在微小的偏差，导致各通道的采样时刻不完全同步；偏置失配时各通道的直流偏置存在差异，影响了adc的动态范围和零点稳定性。失配会严重影响tiadc系统的性能，特别是降低信噪比和有效位数，限制了其在高速和高精度数据采集中的应用。

2、已有的tiadc校准方法中数字后处理校准技术涉及复杂的算法设计和实现，整体开发难度大，并且难以在实时数据采集过程中及时进行误差校准，因此对算法的效率和响应时间提出了较高的要求。此外，软件校准算法的实现易受系统中的非线性、噪声、其他误差源、不同环境条件和设备变化，如温度变化、电源波动和器件老化等影响。

技术实现思路

1、鉴于以上所述tiadc中现有技术的缺点，本发明提供了一种tiadc失配误差校准技术，用于解决上述存在的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用的技术方案是：一种tiadc失配误差校准方法与系统，包括：失调检测反馈模块、增益失配检测模块、时间失配检测模块；

3、失调检测反馈模块包括失调偏差检测模块和通道逻辑逆运算反馈补偿模块，所述失调偏差检测模块与所述通道逻辑逆运算反馈补偿模块连接；

4、失调偏差检测模块，用于当各通道零输入状态时，检测各通道的失调偏差；

5、通道逻辑逆运算反馈补偿模块，用于根据通道输入输出的数学逻辑关系式对被测得失调偏差进行逆运算后补偿至各自通道输入。

6、增益失配检测模块用于检测通道间输出信号增益一致性信息，并对失配通道进行增益系数校准，使得各通道信号放大幅度的一致性。

7、增益失配检测模块包括增益一致性比较阵列模块和扫描式程控电压输出模块；

8、增益一致性比较阵列模块用于比较各通道输出信号增益的一致性状态；

9、扫描式程控电压输出模块用于辅助比较各通道信号增益一致性时所需的扫描测试电压。

10、时间失配检测模块用于采样时钟信号之间相位不匹配时，检测相位设定值与实际值的差值，对时钟发生器进行校准补偿；

11、时间失配检测模块包括异或门阵列、d触发器阵列和粗细可调节相位步进的时钟产生电路。

12、失调检测反馈模块通过检测系统零输入状态时各通道的失调偏差，根据各通道输入与输出的数学逻辑关系，对被测得失调误差值进行逆向运算补偿至各通道输入电路，实现通道输出失调自校准。

13、增益一致性比较阵列模块由比较器阵列和锁存器组成，对于n个tiadc采样模拟通道(n≥2)，需对应n个比较器和n位锁存器，当锁存器的n位锁存结果首次同时产生01跳变时，n个tiadc采样模拟通道增益一致。

14、对于n路不同相位的采样时钟信号，第0路采样时钟信号通过异或门分别与其余n-1路采样时钟信号异或，扫描式的调整相位步进值，在所述的粗细可调节相位步进的时钟产生电路的单一边沿作用下，依次通过d触发器读取该边沿状态下采样时钟信号的电平状态，根据电平状态的01序列编码数据量化不同相位的采样时钟信号相位差。

15、对于n路不同相位的采样时钟信号，需要n-1个异或门和n-1个d触发器。

16、所述的粗细可调节相位步进的时钟产生电路的输出信号周期需大于采样时钟信号周期，保证在一个采样时钟发生器的输出频率的周期内只存在一个粗细可调节相位步进的时钟产生电路输出信号的上升沿或下降沿。

17、本发明的一种tiadc失配误差校准方法与系统针对tiadc模拟通道，引入了失调误差反馈补偿通道，有效消除了系统中的非线性、噪声和其他误差源。此外，它能够适应不同的环境条件和设备变化，如温度变化、电源波动和器件老化等，从而保证长时间使用中的校准效果稳定。针对模拟通道增益失配问题，提出了一种增益一致性比较阵列方法，通过比较锁存器的01序列值变化即可准确判断通道间是否存在失配。此外，针对时间失配问题，我们还提出了一种简单且高效的采样时钟相位差测量方法，降低了整体开发的复杂度。

技术特征：

1.一种tiadc失配误差校准方法与系统，其特征在于，包括：失调检测反馈模块、增益失配检测模块、时间失配检测模块；

2.如权利要求1所述的tiadc失配误差校准方法与系统，其特征在于，所述的失调检测反馈模块通过检测各通道零输入状态时的失调偏差，根据各通道输入与输出的数学逻辑关系，对被测得失调偏差值进行逆向运算补偿至各通道输入电路，实现通道输出失调自校准。

3.如权利要求1所述的tiadc失配误差校准方法与系统，其特征在于，所述的增益一致性比较阵列模块由比较器阵列和锁存器组成，对于n个tiadc采样模拟通道(n≥2)，需对应n个比较器和n位的锁存器，当所述的锁存器的n位锁存结果首次同时产生01跳变时，n个tiadc采样模拟通道增益一致。

4.如权利要求1所述的tiadc失配误差校准方法与系统，其特征在于，对于n路不同相位的采样时钟信号，第0路采样时钟信号通过所述的异或门阵列分别与其余n-1路采样时钟信号进行异或，异或门输出后的信号的高电平脉宽代表了两路信号的相位差异的时间差δt，在所述的粗细可调节相位步进的时钟产生电路的单一边沿作用下，扫描式调整相位步进值，在每个相位步进值下，依次通过所述d触发器阵列，分别读取该边沿状态下每个异或后的信号所对应的电平状态，根据读取的每个异或后的信号所对应的电平状态的01序列编码数据中1的数量来量化第0路采样时钟信号与其余n-1路采样时钟信号的相位差。

5.如权利要求4所述的tiadc失配误差校准方法与系统，其特征在于，对于n路不同相位的采样时钟信号，需要n-1个异或门和n-1个d触发器。

6.如权利要求1所述的tiadc失配误差校准方法与系统，其特征在于，所述的粗细可调节相位步进的时钟产生电路的输出信号周期需大于采样时钟信号周期，保证在一个采样时钟发生器的输出频率的周期内只存在一个粗细可调节相位步进的时钟产生电路输出信号的上升沿或下降沿。

技术总结
本发明提供了一种TIADC失配误差校准方法与系统，包括失调检测反馈模块、增益失配检测模块、时间失配检测模块。失调检测反馈模块对TIADC模拟通道增加失调偏差逆运算反馈补偿通道；增益失配检测模块通过增益一致性比较阵列检测通道间增益失配状态；对时间失配检测提出了一种相位差测量方法对时间偏移进行校准。本发明提供的方案有效消除了系统中的非线性、噪声和其他误差源，使系统能够适应不同环境条件和设备变化等影响，简化了对模拟通道增益失配的检测，同时提出了简单且有效的采样时钟相位差测量方法，降低了整体开发难度。

技术研发人员：许川佩,徐乾,吴顺端,李文晗,许赢龙,熊智源
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31