CN106936434A - 基于fft提取的码密度高阶谐波校正系统 - Google Patents

Abstract

一种基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统，包括：模数转换器、用于提取高阶谐波失真信息的运算单元、用于对校正信号的码密度信息进行提取及建模的建模单元、查找表，所述模数转换器用于将输入的模拟信号转换为数字信号，所述运算单元用于得到校正三阶失真所需的时域信号，所述建模单元用于对校正信号的码密度信息进行建模以得到码密度校正配置信息，所述查找表中存储有存储该码密度校正配置信息，所述查找表根据其内部所存储的存储该码密度校正配置信息来对数字信号完成数据校正处理。上述基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统可实现在高频宽内有效的抑制相应的高阶谐波，从而能够提升整个信息系统的频率响应。

Description

基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统

技术领域

本发明涉及一种高阶谐波校正系统，特别涉及一种基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统。

背景技术

模数转换器作为模拟信号和数字信号之间的桥梁，在现代通信系统中扮演了越来越重要的角色，由于通信系统高精度、宽频带的需求，往往要求模数转换器工作于高频输入条件下，但是在输入频率进入高频条件下时，芯片本身的物理特性会导致芯片前端的非线性特性十分显著，会引入显著的二、三阶失真，这在模数转换器的转换频谱上表现为显著的二、三阶谐波。传统方式为了降低高频输入下的谐波能量，会在前端做好相应的匹配以希望减小相应的谐波能量，同时芯片往往都采用差分方式设计电路，这在一定程度上能够有效的减少二阶失真分量的大小，但是器件在高频下的高于二阶的谐波响应难以避免。尤其对于三阶谐波失真分量，一直没有有效的方法来对其进行抑制。

传统基于FFT的谐波校正方法只能针对某一个频点进行校正，在一定频带范围内其校正效果较差，同时该种方法并不能有效提取在宽频带范围内校正信号的共同特点。而传统码密度的校正方式能够有效的提取低频输入所引入的失真，但是由于忽略了转换信号之间的相关性，却不能精确的提取高频输入下高阶失真的特征信息，因此并不能有效的完成高频失真的校正。此外，传统FFT提取方式需要繁多的计算才能实现芯片转换信号的校正，这加大了校正方式的复杂度。

发明内容

为了解决模数转换器中的高阶谐波失真的问题，本发明提供了一种基于FFT提取的校正信息的码密度高阶谐波校正系统，可实现在高频宽带内有效的抑制相应的高阶谐波，从而能够提升整个信息系统的频率响应。

本发明所提供的一种基于FFT提取的校正信息的码密度高阶谐波校正系统，包括：模数转换器、用于提取高阶谐波失真信息的运算单元、用于对校正信号的码密度信息进行提取及建模的建模单元、查找表，所述模数转换器用于将输入的模拟信号转换为数字信号，所述运算单元用于得到校正三阶失真所需的时域信号，所述建模单元用于对校正信号的码密度信息进行建模以得到码密度校正配置信息，所述查找表中存储有存储该码密度校正配置信息，所述查找表根据其内部所存储的存储该码密度校正配置信息来对数字信号完成数据校正处理。

其中，所述运算单元包括FFT运算模块、三阶分量提取模块及IFFT逆变换模块，所述输入的模拟信号与FFT运算模块的输入端相连，之后经过三阶分量提取模块提取出失真的三阶信号，再将其与所述FFT模块所输出的信号相减，并将该经过相减运算的信号经过IFFT逆变换模块，得到除去失真谐波的时域信号，再将由所述模数转换器所输出的数字信号和该除去失真谐波的时域信号进行相减，进而提取得到校正三阶失真谐波的时域信号。

其中，所述建模单元包括提取建模信息模块及校正信号建模模块，校正三阶失真谐波的时域信号经过提取建模信息模块以提取相应的校正信息，再经过所述校正信号建模模块以生成相应的码密度校正配置信息。

其中，所述建模单元采用以下方式来进行建模(建模参数由提取的校正信息码密度图来进行估计)：

采用相应的交织函数的方式来使得两个包络相互夹杂包含，其中：拟合参数中，拟合幅度：A＝10LSB；拟合码值正弦参数中，当拟合码值正弦为1时，拟合码值正弦中心为codecenter1，拟合码值正弦周期为Tcode1，当拟合码值正弦为2时，拟合码值正弦中心为codecenter2，拟合码值正弦周期为Tcode2，则最后拟合的校正信号的两个码密度的包络分布分别为：

A×Cos(2×π×(n-codecenter1)/Tcode1)

A×Cos(2×π×(n-codecenter2)/Tcode2)。

其中，通过相互交织的实际拟合码密度函数如下：

Code(n)＝A×Cos(2×π×(n-codecenter1)/Tcode1)×h1(n)+A×Cos(2×π×(n-codecenter2)/Tcode2)×h2(n)，其中h1(n)、h2(2)为包络的交织函数。

本发明所述的基于FFT提取的校正信息的码密度校正系统采用前台校正的方式，通过一次信号转换，提取三阶失真的校正信息，并建模完成相应的查找表配置，之后采用查找表结构，在模数转换器后端通过一个查找表结构进行相应的信号校正，查找表信息通过一次采样信号进行提取和固定，然后实现模数转换器后端查找表的三阶失真信号的校正。

附图说明

图1是本发明一种基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统的较佳实施方式的方框图。

图2是图1中提取高阶谐波失真信息的运算系统示意图。

图3是图1中校正信号码密度信息提取建模系统示意图。

图4是图2中运算系统所提取的校正信息的采样码值的示意图。

图5是图2中运算系统所提取的校正信息的校正码值的示意图。

图6是图3中建模系统所建模的校正码密度示意图。

图7为利用图1中校正系统对输入信号校正前后系统最大无杂散指标对比示意图。

图中，B1：模数转换器；B2：查找表。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1所示，为本发明一种基于FFT提取的校正信息的码密度高阶谐波校正系统的方框示意图。所述基于FFT提取的校正信息的码密度高阶谐波校正系统的较佳实施方式包括模数转换器B1及查找表B2，所述模数转换器B1用于将输入的模拟信号Vin转换为数字信号Vout，所述查找表B2中存储有存储该码密度校正配置信息，所述查找表B2根据其内部所存储的存储该码密度校正配置信息来对数字信号Vout完成数据校正处理。

请继续参考图2及图3所示，其中图2为图1中查找表B2中用于提取高阶谐波失真信息的运算系统，图3为图1中查找表B2中校正信号码密度信息提取建模系统。

所述提取高阶谐波失真信息的运算系统包括FFT运算模块I0、三阶能量提取模块I1及IFFT模块I2。所述模拟输入信号Vin经过模数转换器B1转换后得到的数字信号Vout与FFT运算模块I0相连接，并且之后经过三阶分量提取模块I1提取出数字信号Vout中失真的三阶信号，再将经过FFT运算模块I0输出的信号中减去经三阶分量提取模块I1提取的三阶失真分量，并将该信号经过所述IFFT逆变换模块I2，得到除去失真谐波的时域信号，之后再将数字信号Vout和该信号进行相减，最终提取得到校正三阶失真谐波的时域信号，记为校正信号。

所述校正信号码密度信息提取建模系统包括提取建模信息模块I4及校正信号建模模块I5。来自所述提取高阶谐波失真信息的运算系统的校正信号经过提取建模信息模块I4，以提取相应的校正信息，再经过建模模块I5，生成相应的码密度校正配置信息。所述查找表B2中即存储该码密度校正配置信息。

下面将对本发明一种基于FFT提取的校正信息的码密度校正系统的工作原理进行简单的说明：

所述模数转换器B1将输入信号Vin转换为数字信号Vout后经过查找表B2完成高阶失真谐波校正。所述查找表B2内的系数确定如图2、图3所示。

如图2所示，本发明采用一种提取高阶谐波失真信息的运算系统来提取系统三阶失真谐波的校正信号，本发明中处理经过模数转换器后含有三阶失真的数字信号方法如下：先对转换后的数字信号Vout进行FFT变换，再提取该FFT变换后的信号中的的三阶谐波，为了得到校正三阶谐波后的频谱，将原数字信号Vout与提取的三阶失真信号相减，从而得到校正三阶谐波后的频谱图，最后对校正三阶失真后的频谱进行逆FFT变换，得到校正了三阶失真的时域信号。之后将原数字信号Vout和校正了三阶失真的时域信号相减，得到如图4及图4所示的校正三阶失真所需要的时域信号。

为了得到相应时域校正信号的特征信息，采用码密度的方式对其进行分析，时域校正信号的典型码密度分布图如图6所示。码密度图能够直观的给出数字码值与失真分量之间的关系，为了模拟实际校正信号的码密度分布，采用校正信号建模模块完成校正信号的建模(如图3所示)。

对校正信息的码密度分布进行建模，对于时域校正信号的码密度分布图的包络可以估计为两个正弦包络。对应正弦的中心和相应的正弦周期可以在该包络与横轴偏移处找到，因此正弦包络可以采用如下方式进行建模：

由于两个包络所含的值相互交错夹杂，采用相应的交织函数的方式来使得两个包络相互夹杂包含，其中：拟合参数中，拟合幅度：A＝10LSB；拟合码值正弦参数中，当拟合码值正弦为1时，拟合码值正弦中心为codecenter1，拟合码值正弦周期为Tcode1，当拟合码值正弦为2时，拟合码值正弦中心为codecenter2，拟合码值正弦周期为Tcode2，则最后拟合的校正信号的两个码密度的包络分布分别为：

A×Cos(2×π×(n-codecenter1)/Tcode1)

A×Cos(2×π×(n-codecenter2)/Tcode2)。

由于时域校正信号的码密度分布为两个正弦包络，采用建模方式建模了两个包络线，实际拟合时域校正信号，需要将两个包络交织在一起，从而对提取信号的码密度分布进行拟合。实际时域校正信号的码密度分布中两个包络相关的码值分布都是随机的，为了模拟实际校正信号，需要将两个包络值相互交织。最后通过相互交织的实际拟合码密度函数如下：

Code(n)＝A×Cos(2×π×(n-codecenter1)/Tcode1)×h1(n)+A×Cos(2×π×(n-codecenter2)/Tcode2)×h2(n)，其中h1(n)、h2(2)为包络的交织函数，例如：在码值为奇数取值点取为包络1的值，在码值为偶数的取值点取为包络2的值。对应的交织函数分别为：

h1(n)＝1，n为奇数，h1(n)＝0，n为偶数；

h2(n)＝0，n为奇数，h2(n)＝1，n为偶数。

在模拟输入信号Vin完成一次模拟转换后，将采集的数据进行校正信息的提取，提取校正信息后完成校正信息的码密度分析，并对校正信息进行相应的建模并拟合，从而生成校正三阶失真的码密度信息。本发明所述的基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统通过一次转换就可以完成查找表的确定，完成了相应的校正信息的码密度建模、配置后，此后相应的模数转换器转换的数字信号Vout就根据相应的码值通过查找表进行相应的码值校正就完成了相应的三阶谐波的校正。

如图7所示，对采样频率200MHz的模数转换器而言，对输入在330MHz～490MHz的模拟信号的情况下，分别对进行了数字校正前后的信号进行对比，可以看到在宽频带内本发明所述的校正系统对高阶谐波能够平均抑制5dB左右。

本发明所述的基于FFT提取的校正信息的码密度校正系统采用前台校正的方式，通过一次信号转换，提取三阶失真的校正信息，并建模完成相应的查找表配置，之后采用查找表结构，在模数转换器后端通过一个查找表结构进行相应的信号校正，查找表信息通过一次采样信号进行提取和固定，然后实现模数转换器后端查找表的三阶失真信号的校正。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统，包括：模数转换器、用于提取高阶谐波失真信息的运算单元、用于对校正信号的码密度信息进行提取及建模的建模单元、查找表，所述模数转换器用于将输入的模拟信号转换为数字信号，所述运算单元用于得到校正三阶失真所需的时域信号，所述建模单元用于对校正信号的码密度信息进行建模以得到码密度校正配置信息，所述查找表中存储有存储该码密度校正配置信息，所述查找表根据其内部所存储的存储该码密度校正配置信息来对数字信号完成数据校正处理。

2.如权利要求1所述的基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统，其特征在于：所述运算单元包括FFT运算模块、三阶分量提取模块及IFFT逆变换模块，所述输入的模拟信号与FFT运算模块的输入端相连，之后经过三阶分量提取模块提取出失真的三阶信号，再将其与所述FFT模块所输出的信号相减，并将该经过相减运算的信号经过IFFT逆变换模块，得到除去失真谐波的时域信号，再将由所述模数转换器所输出的数字信号和该除去失真谐波的时域信号进行相减，进而提取得到校正三阶失真谐波的时域信号。

3.如权利要求1所述的基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统，其特征在于：所述建模单元包括提取建模信息模块及校正信号建模模块，校正三阶失真谐波的时域信号经过提取建模信息模块以提取相应的校正信息，再经过所述校正信号建模模块以生成相应的码密度校正配置信息。

4.如权利要求1所述的基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统，其特征在于：所述建模单元采用以下方式来进行建模：

采用相应的交织函数的方式来使得两个包络相互夹杂包含，其中：拟合参数中，拟合幅度：A＝10LSB；拟合码值正弦参数中，当拟合码值正弦为1时，拟合码值正弦中心为codecenter1，拟合码值正弦周期为Tcode1，当拟合码值正弦为2时，拟合码值正弦中心为codecenter2，拟合码值正弦周期为Tcode2，则最后拟合的校正信号的两个码密度的包络分布分别为：

A×Cos(2×π×(n-codecenter1)/Tcode1)

A×Cos(2×π×(n-codecenter2)/Tcode2)。

5.如权利要求4所述的基于FFT提取的码密度高阶谐波校正系统，其特征在于：通过相互交织的实际拟合码密度函数如下：

Code(n)＝A×Cos(2×π×(n-codecenter1)/Tcode1)×h1(n)+A×Cos(2×π×(n-codecenter2)/Tcode2)×h2(n)，其中h1(n)、h2(2)为包络的交织函数。