一種用于tiadc系統(tǒng)時(shí)鐘失配誤差的校準(zhǔn)模塊及其校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，更具體地說(shuō)是一種多通道時(shí)間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘失配誤差校準(zhǔn)模塊及其校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在醫(yī)療儀器、通信、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，作為連接模擬世界和數(shù)字世界之間橋梁的模數(shù)轉(zhuǎn)換器顯得尤其重要。然而隨著深亞微米CMOS工藝向更低電源電壓、更小特征尺寸方向發(fā)展將使采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高精度、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)變得越發(fā)困難。
[0003]多通道時(shí)間交叉模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)并行采集技術(shù)可以突破工藝因素帶來(lái)的限制，使模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度成倍的提高，但由于制造過(guò)程中工藝的偏差，時(shí)間交織ADC的各個(gè)子通道間存在各種各樣的失配，這些失配會(huì)大大降低了 ADC的性能。
[0004]通道間誤差主要包括失調(diào)誤差、增益誤差、時(shí)鐘失配誤差三種。通過(guò)調(diào)研已有的許多校準(zhǔn)算法，不難發(fā)現(xiàn)對(duì)于失調(diào)誤差和增益誤差的校準(zhǔn)已有一定的研究，而對(duì)于時(shí)間誤差的校準(zhǔn)，由于其檢測(cè)的復(fù)雜性，使其校準(zhǔn)相對(duì)困難，已成為當(dāng)今研究的重點(diǎn)。
[0005]在校準(zhǔn)時(shí)鐘失配誤差方面，已有多種方法被提出。S.Jamal和D.Fu等人提出的基于相關(guān)運(yùn)算(correlat1n-based algorithms)對(duì)時(shí)鐘失配誤差進(jìn)行校準(zhǔn)(A 10_b120-Msample/s time-1nterleaved analog-to-digital converter with digitalbackground calibrat1n)，然而這種方案只適用于兩通道的TIADC，無(wú)法向更多通道甚至任意通道擴(kuò)展。Chung-Yi Wang和Jieh-Tsorng Wu等人提出在通道之間做過(guò)零檢測(cè)來(lái)提取通道間的時(shí)鐘失配誤差(“A Background Timing-Skew Calibrat1n Technique for Time-1nterleavedAnalog-to-Digital Converters ^Chung-Yi Wang, Student Member, IEEE, andJieh-Tsorng ffu, Member, IEEE)，然而這種方案對(duì)于輸入信號(hào)的頻率有限制，高頻情況下校準(zhǔn)效果不理想。Roger Petigny和Hugo Gicquel等人提出增加一個(gè)與TIADC子通道精度相似的的參考通道來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)(“Background Time Skew Calibrat1n forTime-1nterleavedADC Using Phase Detect1n Method”)，然而這種方案對(duì)于參考通道的要求比較高，硬件消耗較高。Arash Shahmansoori等人提出采用DTFT濾波對(duì)時(shí)鐘失配誤差進(jìn)行校準(zhǔn)(“Consecutive adaptive blind estimat1n oftiming offsets for arbitrarychannel time-1nterleaved ADCs”)，但這種方案只能對(duì)各通道的時(shí)鐘失配誤差進(jìn)行依次校準(zhǔn)，校準(zhǔn)速率較低。目前已有的方法都存在著不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種用于TIADC時(shí)鐘失配誤差的校準(zhǔn)模塊及其校準(zhǔn)方法，以期能夠適用于任意通道數(shù)的TIADC系統(tǒng)校準(zhǔn)且適用于整個(gè)Nyquist采樣頻率以內(nèi)的信號(hào)校準(zhǔn)，并能對(duì)各通道的時(shí)鐘失配誤差進(jìn)行高效的補(bǔ)償，從而以較小的硬件開(kāi)銷快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)TIADC的時(shí)鐘失配誤差校準(zhǔn)。
[0007]本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明一種用于TIADC系統(tǒng)時(shí)鐘失配誤差的校準(zhǔn)模塊，所述TIADC系統(tǒng)是由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)復(fù)合模塊構(gòu)成，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是由Μ個(gè)采樣保持電路和Μ個(gè)子通道ADC組成；所述Μ個(gè)采樣保持電路分別由Μ個(gè)采樣時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行控制；所述Μ個(gè)采樣時(shí)鐘信號(hào)是由所述TIADC系統(tǒng)的采樣時(shí)鐘通過(guò)分頻器分頻獲得的；單個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘周期是所述TIADC系統(tǒng)的采樣時(shí)鐘周期的Μ倍；其特點(diǎn)是:
[0009]以第1個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘信號(hào)clkl作為參考時(shí)鐘信號(hào)，在其余M-1個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘信號(hào)和M-1個(gè)子通道ADC的采樣保持電路之間分別設(shè)置有一個(gè)時(shí)鐘校準(zhǔn)模塊；從而由M-1個(gè)時(shí)鐘校準(zhǔn)模塊構(gòu)成校準(zhǔn)模塊；
[0010]所述M-ι個(gè)時(shí)鐘校準(zhǔn)模塊中的第1-ι個(gè)時(shí)鐘校準(zhǔn)模塊是由第1-Ι個(gè)延時(shí)模塊、第1-Ι個(gè)減法器模塊、第21-3個(gè)和第2 (1-ι)個(gè)時(shí)鐘采樣模塊、第1-ι個(gè)誤差判斷模塊和第1-1個(gè)可變延時(shí)線模塊組成；2 < i < Μ ;
[0011]所述第1-1個(gè)延時(shí)模塊是將所述參考時(shí)鐘信號(hào)clkl延時(shí)1-1次系統(tǒng)的采樣時(shí)鐘周期后，獲得第1-Ι個(gè)延時(shí)信號(hào)clkl_delayi ;所述第i_l個(gè)延時(shí)信號(hào)clkl_delayi與第i子通道ADC的理想采樣時(shí)鐘信號(hào)對(duì)齊；
[0012]所述第1-Ι個(gè)減法器模塊是將所述第1-Ι個(gè)延時(shí)信號(hào)clkl_delayi與第i個(gè)采樣時(shí)鐘?目號(hào)clki做減法運(yùn)算后，獲得第1-Ι個(gè)輸出?目號(hào)outi ；
[0013]所述第2i_3和第2 (1-1)個(gè)時(shí)鐘采樣模塊是利用所述第1-Ι個(gè)延時(shí)信號(hào)clkl_delayi與第i個(gè)采樣時(shí)鐘信號(hào)clki分別對(duì)所述第i_l個(gè)輸出信號(hào)outi進(jìn)行采樣，獲得的采樣輸出信號(hào)outil和outii傳遞給所述第1-Ι個(gè)誤差判斷模塊；
[0014]所述第1-Ι個(gè)誤差判斷模塊對(duì)所述采樣輸出信號(hào)outil和outii進(jìn)行對(duì)比，判斷第i個(gè)子通道ADC的時(shí)鐘失配誤差正負(fù)情況，從而獲得第1-Ι個(gè)判斷信號(hào)choosei ;
[0015]所述第1-Ι個(gè)可變延時(shí)線模塊根據(jù)所述第1-Ι個(gè)判斷信號(hào)choosei采用可變延時(shí)線的控制方式對(duì)第i個(gè)采樣時(shí)鐘信號(hào)clki的時(shí)鐘失配誤差進(jìn)行補(bǔ)償；從而獲得第i個(gè)子通道ADC的校準(zhǔn)信號(hào)clki_out ；
[0016]所述校準(zhǔn)模塊將M-1個(gè)子通道ADC的校準(zhǔn)信號(hào)依次輸出給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；
[0017]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)所接收的參考時(shí)鐘信號(hào)clkl和M-1個(gè)子通道ADC的校準(zhǔn)信號(hào)對(duì)模擬輸入信號(hào)x(t)進(jìn)行采樣，從而獲得Μ個(gè)子通道ADC的輸出結(jié)果；
[0018]所述數(shù)據(jù)復(fù)合模塊將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的Μ個(gè)輸出結(jié)果進(jìn)行合并，從而獲得一路數(shù)字輸出信號(hào)Υ (η)。
[0019]本發(fā)明一種用于TIADC系統(tǒng)時(shí)鐘失配誤差的校準(zhǔn)方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行:
[0020]步驟1、定義所述TIADC系統(tǒng)的采樣時(shí)鐘為clk，所述采樣時(shí)鐘elk的時(shí)鐘周期為Ts，通過(guò)分頻器對(duì)所述采樣時(shí)鐘elk進(jìn)行分頻后，獲得的Μ個(gè)時(shí)鐘信號(hào)分別為clkl、clk2...clki…clkM，即:
[0021]所述第1個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘為clkl ；
[0022]所述第2個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘為clk2 ；
[0023]..
[0024]..
[0025]..
[0026]所述第i個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘為clki ；
[0027]..
[0028]..
[0029]..
[0030]所述第Μ個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘為clkM ；
[0031]步驟2、對(duì)所述第1個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clkl分別進(jìn)行i_l次時(shí)鐘周期Ts的延時(shí)，2彡i ( M，從而獲得M-1個(gè)延時(shí)信號(hào)分別為:
[0032]第1個(gè)延時(shí)信號(hào)為clkl_delay2 ;
[0033]第2個(gè)延時(shí)信號(hào)為clkl_delay3 ；
[0034]..
[0035]..
[0036]..
[0037]第1-Ι個(gè)延時(shí)信號(hào)為clkl_delayi ；
[0038]..
[0039]..
[0040]..
[0041]第M-1個(gè)延時(shí)信號(hào)為clkl_delayM ；
[0042]步驟3、將所述第1個(gè)延時(shí)信號(hào)clkl_delay2與所述第2個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clk2進(jìn)行減法運(yùn)算的輸出為out2 ;
[0043]將所述第2個(gè)延時(shí)信號(hào)clkl_delay3與所述第3個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clk3進(jìn)行減法運(yùn)算的輸出為out3 ;
[0044].
[0045].
[0046].
[0047]將所述第1-Ι個(gè)延時(shí)信號(hào)clkl_delayi與所述第i個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clki進(jìn)行減法運(yùn)算的輸出為outi ;
[0048].
[0049].
[0050].
[0051]將所述第M-1個(gè)延時(shí)信號(hào)clkl_delayM與所述第Μ個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clkM進(jìn)行減法運(yùn)算的輸出為outM ;
[0052]步驟4、將所述第1個(gè)延時(shí)信號(hào)和所述第2個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clk2對(duì)所述減法運(yùn)算的輸出out2進(jìn)行時(shí)鐘采樣，獲得的結(jié)果為out21和out22 ；
[0053]將所述第2個(gè)延時(shí)信號(hào)和所述第3個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clk3對(duì)所述減法運(yùn)算的輸出out3進(jìn)行時(shí)鐘采樣，獲得的結(jié)果為out31和out33 ；
[0054].
[0055].
[0056].
[0057]將所述第1-1個(gè)延時(shí)信號(hào)和所述第i個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clki對(duì)所述減法運(yùn)算的輸出outi進(jìn)行時(shí)鐘采樣，獲得的結(jié)果為outil和outii ；
[0058].
[0059].
[0060].[0061 ] 將所述第M-1個(gè)延時(shí)信號(hào)和所述第Μ個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clkM對(duì)所述減法運(yùn)算的輸出outM進(jìn)行時(shí)鐘采樣，獲得的結(jié)果為outMl和outMM ；
[0062]步驟5、將所述第2i_3個(gè)和第2 (1-1)個(gè)時(shí)鐘采樣輸出結(jié)果outil和outii進(jìn)行對(duì)比，判斷所述第i個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clki是否存在時(shí)鐘失配誤差，
[0063]若outil = 1且outii = 0，則表示所述第i個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clki存在正時(shí)鐘失配誤差，并輸出choosei = 1 ；
[0064]若outil = 0且outii = _1，則表示所述第i個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clki存在負(fù)時(shí)鐘失配誤差，并輸出choosei = _1 ；
[0065]若outil = 0且outii = 0，則表示所述第i個(gè)子通道ADC的采樣時(shí)鐘clki不存在時(shí)鐘失配誤差