CN101374124B - 信道增益数字均衡自适应校准系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种信道增益数字均衡自适应校准系统与方法。该系统包括多个信道的信号源、多个信道前置调理电路、多个信道数字增益控制器、多个信道后置调理电路、多个信道信号模数转换数据采集器、信道增益数字均衡自适应校准处理器，同时，本发明还公开了应用于该系统的信道增益数字均衡自适应校准方法。该方法和系统使得信道增益数字均衡自适应校准的效果得到检验，提高校准的效果和效率并且实现了精密测量系统的高精密测量。

Description

信道增益数字均衡自适应校准系统与方法

技术领域

本发明涉及信号处理领域，且特别涉及工业设备中精密测量的一种信道增益数字均衡自适应校准系统与方法。

背景技术

在工业装置中，由于高精度和高产能的需要，分布着大量高速实时测量、信号采样、数据采集、数据交换和通信传输等的探测装置和控制系统。这些系统需要我们采用多种方式实现探测、信号采样控制、数据采集控制、数据交换控制和数据传输通信等的控制。有该探测和控制需求的装置包括：集成电路制造光刻设备、平板显示面板光刻设备、MEMS/MOEMS光刻设备、先进封装光刻设备、印刷电路板光刻设备、印刷电路板加工装置、印刷电路板器件贴装装置等。

在以前的上述装置中，通常是用增益调制后的信号功率或信号电平与设定值或设定范围进行比较，实现对已设定值或范围进行跟踪，实现增益校准。如中国专利CN03135989.2、CN03131820.7、CN200380110693.x、CN200810000567.3等专利是对通信天线的发射端或接收端的发射功率或接收功率进行跟踪校准实现自动增益校准的。中国专利CN03815968.6是通过反馈信号电平与参考电平进行比较，去校准发射机与接收机中的增益的。PCT专利WO2004051846是根据输出信号和增益参考信号及增益变化信号产生控制信号，实现对温度与频率变化的增益补偿。在美国专利US7369300中，提供了一种预增与均衡方法的光放大器，通过对信道信号的增益纹波信息进行处理，并对增益响应的预期变化进行校正，以减轻光放大器出现在常规光通信系统中的增益纹波补偿，以获得平坦的SNR(信噪比)，并降低实现效果所需的成本。在美国专利US7091906中，调整注入的校准信号，使得耦合在传感器信号中的RF链的增益最小，提高了抗干扰能力，提高传感器的信噪比。在另一个美国专利US6724379中，视频图像的正负半周驱动电压信号，根据标准驱动电压进行增益校准，以达到视频信号的驱动电压要求。

但对于多个信道的系统中，除了要对各信道自身增益的校准外，还需要其他的校准，上述方法就不能满足要求了。而且，当校准不能根据已有基准信号或参考信号时，上述增益校准方法将不能使用。因为，这些信道的增益不是需要像上述方法那样独立跟踪信号功率或电平而进行调制，而是对所有这些关联的信道的信号和增益进行综合调制。这些信道的通过增益调制后的信号是有关联性的，需要这些信道的增益和调制信号是能够通过数字均衡校准的。另外，对大量的信道增益进行数字均衡非常耗时，并且需要昂贵的测试设备和额外的测试步骤和测量电路，同时，考虑到信道制造完成后发生的变化，包括使用过程中的各种变化，如元器件的漂移、老化以及温度和电磁环境的变化可能非常显著。因此，需要提供信道增益数字均衡的自适应校准方法和系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种信道增益数字均衡自适应校准系统与方法，以实现信道增益数字均衡自适应校准，获得高精密测量，特别是高精密的系统测量，需要多个信道的增益自适应均衡调整。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种信道增益数字均衡自适应校准系统，包括多个信道的信号源、多个信道前置调理电路、多个信道数字增益控制器、多个信道后置调理电路、多个信道信号模数转换数据采集器、以及信道增益数字均衡自适应校准处理器，其中所述信道增益数字均衡自适应校准处理器控制所述多个信道的信号源发生各信道的模拟信号，同时所述信道增益数字均衡自适应校准处理器设置所述各信道数字增益控制器的数字增益，这些模拟信号依次经过所述信道前置调理电路、所述信道数字增益控制器、所述信道后置调理电路后，被所述信道增益数字均衡自适应校准处理器控制的信道信号模数转换数据采集器转换为数字信号，所述信道增益数字均衡自适应校准处理器对这些数字信号和所设置的增益进行信道增益数字均衡自适应校准处理，得到经过信道增益数字均衡自适应校准的数字增益值。

进一步的，所述信道数字增益控制器由线形数字放大器和增益存储器构成。

进一步的，所述信道信号模数转换数据采集器由模数转换器和转换存储器构成。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种信道增益数字均衡自适应校准方法，应用于信道增益数字均衡自适应校准系统中，所述系统包括：多个信道信号发生装置、多个信道前置调理电路、多个信道数字增益控制器、多个信道后置调理电路、多个信道信号模数转换数据采集器、以及信道增益数字均衡自适应校准处理器，其中所述信道增益数字均衡自适应校准方法包括以下步骤：

(1)启动信道增益数字均衡自适应校准，对信道进行增益数字自适应校准排序；

(2)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道确定偏置电流；

(3)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道进行信道增益数字自适应均衡粗校准；

(4)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道进行信道增益数字自适应均衡精校准；

(5)根据每个信道的增益数字自适应校准结果，按照一定准则设置信道数字增益控制器的所有信道增益校准值；

(6)检验有效性，若符合检验要求，则结束信道增益数字均衡自适应校准，否则重复步骤(1)至(6)。

进一步的，所述偏置电流是在信道数字增益控制器中分别设置为0dB和MdB两个增益后测量得到的，表示为OC₀和OC_M，其中1dB＝201gA，A为信道数字增益控制器输出电流绝对值与输入电流绝对值的比值，MdB是信道信号发生装置发生的模拟信号最大值时相对应的信道信号模数转换数据采集器模拟输入端的最大非饱和信号值决定的增益值。

进一步的，所述信道增益数字自适应均衡粗校准，其过程是信道信号发生装置发生模拟信号最大时，将信道数字增益控制器中的增益值从0dB开始逐渐增加，直到信道信号发生装置发生模拟信号经过信道数字增益控制器增益调制后，得到的采集信号绝对值达到信道信号模数转换数据采集器能够表征的最大采集信号绝对值I_max-OC_M的σ倍为止，该信道数字增益控制器增益为f，对应的采集信号绝对值为I_f，其中0.03≤σ≤0.7，I_max是信道信号模数转换数据采集器能够表征的最大采集信号数字值，该值由信道信号模数转换数据采集器中的模数转换器数字侧的转换位数决定。

进一步的，所述信道增益数字自适应均衡精校准，将信道数字增益控制器中的增益按照信道增益粗校准的结果进行设置，对于信道数字增益控制器中每个信道，按照如下的公式自适应计算目标增益值g_t：

$g_t=20\·\log \left[\frac{I_{\max }-O{C}_0+({\mathrm{OC}}_M-{\mathrm{OC}}_0)/({10}^{\frac{M}{20}}-1)}{(1+\mathrm{\δ})I_f{10}^{-\frac{f}{20}}+({\mathrm{OC}}_M-{\mathrm{OC}}_0)/({10}^{\frac{M}{20}}-1)}\right]$

0≤g_x＝s*Ceil(g_t/s)≤M

其中g_x是被确定的第x信道的增益值，s是信道数字增益控制器中的增益可调整步长，δ是在信道信号发生装置发生模拟信号时输出信号测量值相对变化量，Ceil是取整数加1的运算符。

进一步的，确定所述每个传感器通道的增益值后，按照一定的准则f(g₁，g₂，K，g_n)获得每个信道的增益值，并将它设置到信道数字增益控制器中，其中g₁，g₂，K，g_n为各信道的增益值，n为信道信号发生装置中的信道序号。

进一步的，所述准则f(g₁，g₂，K，g_n)＝min(g₁，g₂，K，g_n)，其中min是取最小值的运算符。

进一步的，所述有效性检验计算如下：

$I_t=\frac{I_{\max }-[{\mathrm{OC}}_0+(({\mathrm{OC}}_M-{\mathrm{OC}}_0)/({10}^{\frac{M}{20}}-1))({10}^{\frac{f(g_1,g_2,K,g_n)}{20}}-1)]}{(1+\mathrm{\δ})},$

根据信道增益数字均衡自适应校准后的信道信号发生装置中各信道信号最大测量值和目标测量值I_t，确定各信道信号的变化范围，以决定是否再次进行信道增益数字均衡自适应校准。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明通过信道增益数字均衡自适应校准系统，使用信道增益数字均衡自适应校准方法，使得信道增益能够通过设定的方法进行自适应校准，自适应避免信号过小和饱和，提高校准的效果和效率；

2.本发明通过信道增益数字均衡自适应校准系统，使用信道增益数字均衡自适应校准方法，使得信道增益能够通过设定的方法进行自适应调整，避免系统中信道信号进行相互关联处理时的增益不匹配的问题，从而实现精密测量系统的高精密测量；

3.本发明通过信道增益数字均衡自适应校准系统，使用信道增益数字均衡自适应校准方法，使得信道增益数字均衡自适应校准的效果得到检验。

附图说明

通过对本发明的以下具体实施例，结合其附图的描述，能够进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1为本发明较佳实施例的信道增益数字均衡自适应校准系统示意图。

图2为本发明较佳实施例的信道增益数字均衡自适应校准步骤流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

请参考图1，图1为本发明较佳实施例的信道增益数字均衡自适应校准系统示意图。如图1所示，为了实现脉冲波强度采样同步非对称高精密校准方法，提出了一种信道增益数字均衡自适应校准系统，该系统包括多个信道的信号源10、多个信道前置调理电路20、多个信道数字增益控制器30、多个信道后置调理电路40、多个信道信号模数转换数据采集器50、信道增益数字均衡自适应校准处理器60，所述信道数字增益控制器30由线形数字放大器和增益存储器构成；信道信号模数转换数据采集器50由模数转换器和转换存储器构成。信道增益数字均衡自适应校准处理器60控制多个信道的信号源10发生各信道的模拟信号，信道增益数字均衡自适应校准处理器60设置各信道数字增益控制器30的数字增益，这些模拟信号依次经过信道前置调理电路20、信道数字增益控制器30、信道后置调理电路40后，被信道增益数字均衡自适应校准处理器60控制的信道信号模数转换数据采集器50，转换这些经过调理的模拟信号，形成的数字信号，信道增益数字均衡自适应校准处理器60对这些数字信号和所设置的增益进行信道增益数字均衡自适应校准处理，得到经过信道增益数字均衡自适应校准的数字增益值。

在请参考图2，图2为本发明较佳实施例的信道增益数字均衡自适应校准步骤流程图。本发明还提供了一种信道增益数字均衡自适应校准方法，应用于信道增益数字均衡自适应校准系统中，所述系统包括：多个信道信号发生装置、多个信道前置调理电路、多个信道数字增益控制器、多个信道后置调理电路、多个信道信号模数转换数据采集器、以及信道增益数字均衡自适应校准处理器，其中所述信道增益数字均衡自适应校准方法包括以下步骤：

(1)启动信道增益数字均衡自适应校准，对信道进行增益数字自适应校准排序；

(2)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道确定偏置电流；

(3)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道进行信道增益数字自适应均衡粗校准；

(4)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道进行信道增益数字自适应均衡精校准；

(5)根据每个信道的增益数字自适应校准结果，按照一定准则设置信道数字增益控制器的所有信道增益校准值；

(6)检验有效性，若符合检验要求，则结束信道增益数字均衡自适应校准，否则重复步骤(1)至(6)。

在上述信道增益数字均衡自适应校准方法中，所述偏置电流分别是在信道数字增益控制器中设置为0dB和MdB两个增益后测量得到的，表示为OC₀和OC_M，其中，1dB＝201gA，A为信道数字增益控制器输出电流绝对值与输入电流绝对值的比值，MdB是经信道数字增益控制器增益放大后，由与信道信号发生装置发生的模拟信号最大值时相对应的信道信号模数转换数据采集器模拟输入端的最大非饱和信号值决定的增益值，即与最大非饱和信号值相对应的信道数字增益控制器的增益值，该信道中这两个增益设置之间的值时，偏置电流是线性化的，这样可以计算在信道数字增益控制器中设置任意增益时，在信道增益数字均衡自适应校准处理器中测得的偏置电流值。

所述信道增益数字自适应均衡粗校准，其过程是信道信号发生装置发生模拟信号最大时，将信道数字增益控制器中的增益值从0dB开始逐渐增加，直到信道信号发生装置发生模拟信号经过信道数字增益控制器增益调制后，得到的采集信号绝对值达到信道信号模数转换数据采集器能够表征的最大采集信号绝对值I_max-OC_M的σ倍为止，记此时的该信道数字增益控制器增益为f，对应的采集信号绝对值为I_f，其中0.03≤σ≤0.7，I_max是信道信号模数转换数据采集器能够表征的最大采集信号数字值，该值由信道信号模数转换数据采集器中的模数转换器数字侧的转换位数决定。

所述信道增益数字自适应均衡精校准，其过程是将信道数字增益控制器中的增益按照信道增益粗校准的结果进行设置，对于信道数字增益控制器中每个信道，按照如下的公式自适应计算目标增益值g_t：

$g_t=20\·\log \left[\frac{I_{\max }-O{C}_0+({\mathrm{OC}}_M-{\mathrm{OC}}_0)/({10}^{\frac{M}{20}}-1)}{(1+\mathrm{\δ})I_f{10}^{-\frac{f}{20}}+({\mathrm{OC}}_M-{\mathrm{OC}}_0)/({10}^{\frac{M}{20}}-1)}\right]$

0≤g_x＝s*Ceil(g_t/s)≤M

这里g_x是被确定的第x信道的增益值，s是信道数字增益控制器中的增益可调整步长，δ是在信道信号发生装置发生模拟信号时输出信号测量值相对变化量，Ceil是取整数加1的运算符，这里的目标增益值g_t是跟踪信道链路中器件和链路环境变化引起的偏置信号变化进行自适应校准的目标增益，从而避免通过信号增益放大后，信道输出的信号过大或过小，提高信号调理的适应性，提高测量精度。

确定所述每个传感器通道的增益值后，按照一定的准则f(g₁，g₂，K，g_n)获得每个信道的增益值，并将它设置到信道数字增益控制器中，其中g₁，g₂，K，g_n为各信道的增益值，n为信道信号发生装置中的信道序号。所述准则f(g₁，g₂，K，g_n)的典型方式为：f(g₁，g₂，K，g_n)＝min(g₁，g₂，K，g_n)，其中min是取最小值的运算符。

所述的有效性检验计算如下：

$I_t=\frac{I_{\max }-[{\mathrm{OC}}_0+(({\mathrm{OC}}_M-{\mathrm{OC}}_0)/({10}^{\frac{M}{20}}-1))({10}^{\frac{f(g_1,g_2,K,g_n)}{20}}-1)]}{(1+\mathrm{\δ})},$

根据信道增益数字均衡自适应校准后的信道信号发生装置中各信道信号最大测量值和目标测量值I_t，确定信道信号发生装置中各信道信号是否存在较大变化，若变化较小，则不再进行信道增益数字均衡自适应校准，否则，重复上述信道增益数字均衡自适应校准过程。

本发明通过信道增益数字均衡自适应校准系统，使用信道增益数字均衡自适应校准方法，使得信道增益能够通过设定的方法进行自适应校准，自适应避免信号过小和饱和，提高校准的效果和效率；本发明通过信道增益数字均衡自适应校准系统，使用信道增益数字均衡自适应校准方法，使得信道增益能够通过设定的方法进行自适应调整，避免系统中信道信号进行相互关联处理时的增益不匹配的问题，从而实现精密测量系统的高精密测量；本发明通过信道增益数字均衡自适应校准系统，使用信道增益数字均衡自适应校准方法，使得信道增益数字均衡自适应校准的效果得到检验。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种信道增益数字均衡自适应校准系统，其特征在于所述系统包括多个信道的信号源、多个信道前置调理电路、多个信道数字增益控制器、多个信道后置调理电路、多个信道信号模数转换数据采集器以及信道增益数字均衡自适应校准处理器，

其中所述信道增益数字均衡自适应校准处理器控制所述多个信道的信号源发生各信道的模拟信号，同时所述信道增益数字均衡自适应校准处理器设置所述各信道数字增益控制器的数字增益，这些模拟信号依次经过所述信道前置调理电路、所述信道数字增益控制器、所述信道后置调理电路后，被所述信道增益数字均衡自适应校准处理器控制的信道信号模数转换数据采集器转换为数字信号，所述信道增益数字均衡自适应校准处理器对这些数字信号和所设置的增益进行信道增益数字均衡自适应校准处理，得到经过信道增益数字均衡自适应校准的数字增益值；所述信道增益数字均衡自适应校准系统执行信道增益数字均衡自适应校准方法，该方法包括以下步骤：

(1)启动信道增益数字均衡自适应校准，对信道进行增益数字自适应校准排序；

(2)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道确定偏置电流；

(3)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道进行信道增益数字自适应均衡粗校准；

(4)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道进行信道增益数字自适应均衡精校准；

(5)根据每个信道的增益数字自适应校准结果，按照一定准则设置信道数字增益控制器的所有信道增益校准值；

(6)检验有效性，若符合检验要求，则结束信道增益数字均衡自适应校准，否则重复步骤(1)至(6)。

2.根据权利要求1所述的信道增益数字均衡自适应校准系统，其特征在于所述信道数字增益控制器由线性数字放大器和增益存储器构成。

3.根据权利要求1所述的信道增益数字均衡自适应校准系统，其特征在于所述信道信号模数转换数据采集器由模数转换器和转换存储器构成。

4.一种信道增益数字均衡自适应校准方法，应用于信道增益数字均衡自适应校准系统中，所述系统包括：多个信道信号发生装置、多个信道前置调理电路、多个信道数字增益控制器、多个信道后置调理电路、多个信道信号模数转换数据采集器以及信道增益数字均衡自适应校准处理器，其特征在于所述信道增益数字均衡自适应校准方法包括以下步骤：

(1)启动信道增益数字均衡自适应校准，对信道进行增益数字自适应校准排序；

(2)按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道确定偏置电流；

(3)在步骤(2)的基础上，按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道进行信道增益数字自适应均衡粗校准；

(4)在步骤(3)的基础上，按照信道进行增益数字自适应校准的队列对每个信道进行信道增益数字自适应均衡精校准；

(5)根据每个信道的增益数字自适应校准结果，按照一定准则设置信道数字增益控制器的所有信道增益校准值；

(6)检验有效性，若符合检验要求，则结束信道增益数字均衡自适应校准，否则重复步骤(1)至(6)。

5.根据权利要求4所述的信道增益数字均衡自适应校准方法，其特征在于所述偏置电流是在信道数字增益控制器中分别设置为0dB和MdB两个增益后测量得到的，表示为OC₀和OC_M，其中1dB＝20lgA，A为信道数字增益控制器输出电流绝对值与输入电流绝对值的比值，MdB是信道信号发生装置发生的模拟信号最大时相对应的信道信号模数转换数据采集器模拟输入端的最大非饱和信号值决定的增益值。

6.根据权利要求5所述的信道增益数字均衡自适应校准方法，其特征在于所述信道增益数字自适应均衡粗校准，其过程是信道信号发生装置发生模拟信号最大时，将信道数字增益控制器中的增益值从0dB开始逐渐增加，直到信道信号发生装置发生模拟信号经过信道数字增益控制器增益调制后，得到的采集信号绝对值达到信道信号模数转换数据采集器能够表征的最大采集信号绝对值I_max-OC_M的σ倍为止，该信道数字增益控制器增益为f，对应的采集信号绝对值为I_f，其中0.03≤σ≤0.7，I_max是信道信号模数转换数据采集器能够表征的最大采集信号数字值，该值由信道信号模数转换数据采集器中的模数转换器数字侧的转换位数决定。

7.根据权利要求6所述的信道增益数字均衡自适应校准方法，其特征在于所述信道增益数字自适应均衡精校准，将信道数字增益控制器中的增益按照信道增益粗校准的结果进行设置，对于信道数字增益控制器中每个信道，按照如下的公式自适应计算目标增益值g_i：

$g_t=20\·\log \left[\frac{I_{\mathrm{mzx}}-{\mathrm{OC}}_0+({\mathrm{OC}}_M-{\mathrm{OC}}_0)/({10}^{\frac{M}{20}}-1)}{(1+\mathrm{\δ})I_f{10}^{-\frac{f}{20}}+({\mathrm{OC}}_M-{\mathrm{OC}}_0)/({10}^{\frac{M}{20}}-1)}\right]$

0≤g_x＝s*Ceil(g_t/s)≤M

其中g_x是被确定的第x信道的增益值，s是信道数字增益控制器中的增益可调整步长，δ是在信道信号发生装置发生模拟信号时输出信号测量值相对变化量，Ceil是取整数加1的运算符。

8.根据权利要求7所述的信道增益数字均衡自适应校准方法，其特征在于确定每个传感器通道的增益值后，按照一定的准则f(g₁，g₂，...，g_n)获得每个信道的增益值，并将它设置到信道数字增益控制器中，其中g₁，g₂，...，g_n为各信道的增益值，n为信道信号发生装置中的信道序号。

9.根据权利要求8所述的信道增益数字均衡自适应校准方法，其特征在于所述准则f(g₁，g₂，...，g_n)＝min(g₁，g₂，...，g_n)，其中min是取最小值的运算符。

10.根据权利要求8所述的信道增益数字均衡自适应校准方法，其特征在于所述有效性检验计算如下：

$I_t=\frac{I_{\max }-[{\mathrm{OC}}_0+(({\mathrm{OC}}_M-{\mathrm{OC}}_0)/({10}^{\frac{M}{20}}-1))({10}^{\frac{f(g_1,g_2,...,g_n)}{20}}-1)]}{(1+\mathrm{\δ})},$

根据信道增益数字均衡自适应校准后的信道信号发生装置中各信道信号最大测量值和目标测量值I_t，确定各信道信号的变化范围，以决定是否再次进行信道增益数字均衡自适应校准。

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