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多通道时间交替ADC系统的研究与设计

作　者: 汪灿
导　师: 郭裕顺
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 时间交替采样 通道失配误差 偏置误差 增益误差 时间误差 估算和矫正
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着计算机技术、通信技术和微电子技术的高速发展，实时数字信号处理的速度越来越快，这对数据采集系统的速度不断地提出新的要求。然而，由于芯片制造工艺的限制，单片ADC采样技术无法在满足高速采样的同时保持较高的采样精度，仅仅依靠单片ADC技术进行高速模数转换器设计的方法已经不能很好地满足高速采样技术发展的需求。时间交替采样技术的出现很好地解决了这一问题。时间交替采样（Time-interleavedsampling），又叫多通道并行采样，这种技术主要是利用M片低速ADC并行交替采样，然后在采样系统后端对M路采样数据进行拼接，从而使得整个采样系统的采样率达到M路单片采样速率之和。这种方法可以在理论上保持高精度的同时成倍地提高采样系统的采样率。然而，由于时间交替采样主要是凭借各个采样通道之间的完美匹配来实现的，实际中这种完美匹配不可能实现，通道间必然要引入失配误差，这种误差主要包括偏置误差、增益误差和时间误差。如果不对这三种误差进行有效的估算和矫正，会给采样后的信号带来严重的失真，甚至会导致采集到的数据失效。本文着重分析时间交替ADC系统的原理及其通道误差的特性，并利用Matlab软件对时间交替采样系统进行行为级建模，并借此分析通道失配误差来源及其估算和校正的方法；同时利用2片ADC芯片及外围电路来搭建时间交替ADC采样系统的硬件电路，并对采集到的数据进行误差的估计和矫正。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第1章 绪论  12-16
  1.1 研究意义  12-13
  1.2 时间交替 ADC 采样技术的研究现状  13-14
  1.3 本文主要的研究内容  14-16
第2章 TIADC 系统简介  16-29
  2.1 采样理论  16-19
    2.1.1 采样过程和采样定理  16-18
    2.1.2 频谱混叠  18-19
  2.2 采样信号的恢复  19-23
    2.2.1 理想重建  19-20
    2.2.2 零阶采样保持  20-22
    2.2.3 一阶采样保持  22-23
  2.3 Time-interleaved 采样技术  23
  2.4 TIADC 系统介绍  23-25
  2.5 采样系统的性能分析  25-28
    2.5.1 量化噪声和孔径抖动噪声  25-26
    2.5.2 ADC 采样系统的动态性能指标  26-28
  2.6 本章小结  28-29
第3章 TIADC 系统误差分析和校正  29-48
  3.1 TIADC 系统的误差来源分析  29-31
  3.2 TIADC 系统通道误差的频谱分析  31-34
    3.2.1 通道失配误差作用下 TIADC 系统的频谱分析  31-33
    3.2.2 正弦信号作为输入的频谱分析  33-34
  3.3 TIADC 系统通道误差的估计和校正  34-47
    3.3.1 TIADC 系统的 Matlab 行为建模  34-36
    3.3.2 通道误差的估计和校正方法  36-42
    3.3.3 利用三次样条插值理论进行时间误差时域校正  42-45
    3.3.4 利用 FARROW 滤波器进行时间误差频域校正  45-46
    3.3.5 噪声对 TIADC 系统的影响  46-47
  3.4 本章小结  47-48
第4章 TIADC 系统硬件电路的设计与实现  48-58
  4.1 TIADC 系统硬件电路实现框图  48
  4.2 差分模拟信号产生电路  48-50
  4.3 时钟产生和分配电路  50-52
  4.4 ADC 采样电路  52-53
  4.5 电源管理  53-54
  4.6 FPGA 控制电路  54-57
    4.6.1 FPGA 器件选择  54-55
    4.6.2 时钟芯片的寄存器配置电路  55
    4.6.3 采样数据接收电路  55-57
  4.7 本章小结  57-58
第5章 TIADC 系统测试及结果分析  58-63
  5.1 FPGA 数据接收和数据拼接测试  58-59
  5.2 误差校正  59-62
    5.2.1 误差校正前的数据  59-60
    5.2.2 误差校正后的数据  60-62
  5.3 本章小结  62-63
第6章 总结  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录  68

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 数模、数模转换电路
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