CN111654286A

CN111654286A - 提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法

Info

Publication number: CN111654286A
Application number: CN202010565417.8A
Authority: CN
Inventors: 胡梦辰
Original assignee: Shenyang Jialian Zhicheng Technology Co ltd
Current assignee: Shenyang Jialian Zhicheng Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2040-06-19
Also published as: CN111654286B; WO2021253507A1

Abstract

本发明公开了提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法及装置，包括训练信号生成模块、网络参数检测提取单元、模拟数字转换器和非线性矫正处理单元。本发明通过设置网络参数检测提取单元和非线性矫正处理单元实现对模拟数字转换器的非线性矫正，有效抑制了模拟数字转换器的谐波、互调、高次相关杂散等非线性失真，同时对DNL、INL等量化产生的非线性失真和杂散也大幅抑制，明显提高了模拟数字转换器的无杂散动态范围。

Description

提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法

技术领域

本发明涉及集成电路设计与制造、电子设备设计与制造等领域，具体涉及提升模拟数字转换器(ADC)无杂散动态范围的非线性矫正方法及装置。

背景技术

现有的模拟数字转换器(ADC)，调理电路会产生非线性失真，比较判决量化的过程也会引起非线性失真和量化不均匀引起的INL、DNL等失真，最终导致转换出的数字量化信号会产生谐波、互调、高阶相关非线性失真、杂散等，使得模拟数字转换器的无杂散动态范围指标成为瓶颈，影响了模拟数字转换器的主要关键性能指标。

发明内容

为了解决现有模拟数字转换器会产生失真、杂散从而影响模拟数字转换器的性能，本发明提供了一种提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法。本发明能够对模拟数字转换器的调理电路以及量化过程中产生的非线性失真、杂散、INL、DNL等失真进行有效矫正和抑制，显著提高模拟数字转换器的性能指标。

本发明通过下述技术方案实现：.

提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法，包括：

模拟输入信号输入到网络参数检测提取单元，网络参数检测提取单元提取模拟输入信号的源等效网络参数并将其传输给非线性矫正处理单元；

模拟输入信号经网络参数检测提取单元传输到模拟数字转换器的输入端；

模拟数字转换器将模拟输入信号转换为数字信号并将其传输给非线性矫正处理单元；

非线性矫正处理单元根据模拟输入信号的源等效网络参数对其预先训练好的非线性矫正模型进行修正，并利用修正之后的非线性矫正模型对模拟数字转换器输出的数字信号进行非线性矫正，输出矫正之后的数字量化信号。

优选的，本发明的非线性矫正模型的训练过程为：

训练信号输入到网络参数检测提取单元，网络参数检测提取单元提取训练信号的源等效网络参数并将其传输给非线性矫正处理单元；

训练信号经网络参数检测提取单元传输到模拟数字转换器的输入端；

模拟数字转换器将训练信号转换为数字信号并将其传输给非线性矫正处理单元；

非线性矫正处理单元根据训练信号的源等效网络参数与训练信号经模拟数字转换器转换后的数字信号的非线性失真量得到非线性矫正模型的参数。

优选的，本发明的训练信号由至少两路非线性校准信号源生成的非线性校准信号通过合路器合路生成。

优选的，本发明的非线性校准信号源采用数字模拟转换器(DAC)、数字频率合成器(DDS)或者锁相环频率合成器(PLL)。

另一方面，本发明还提出了一种提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正装置，包括：训练信号生成模块、网络参数检测提取单元、模拟数字转换器和非线性矫正处理单元；

所述网络参数检测提取单元获取模拟输入信号并提取模拟输入信号的源等效网络参数；

所述网络参数检测提取单元将对模拟输入信号提取的源等效网络参数数据传输给非线性矫正处理单元；

所述网络参数检测提取单元还将模拟输入信号传输给模拟数字转换器；

所述模拟数字转换器将模拟输入信号转换为数字信号并将其传输给非线性矫正处理单元；

所述非线性矫正处理单元根据模拟输入信号的源等效网络参数对其预先训练好的非线性矫正模型进行修正，并利用修正之后的非线性矫正模型对模拟数字转换器输出的数字信号进行非线性矫正，输出矫正之后的数字量化信号。

优选的，本发明的非线性矫正模型的训练过程为：

所述网络参数检测提取单元获取训练信号并提取训练信号的源等效网络参数；

所述网络参数检测提取单元将对训练信号提取的源等效网络参数数据传输给非线性矫正处理单元；

所述网络参数检测提取单元还将训练信号传输给模拟数字转换器；

所述模拟数字转换器将训练信号转换为数字信号并将其传输给非线性矫正处理单元；

所述非线性矫正处理单元根据训练信号的源等效网络参数与训练信号经模拟数字转换器转换后的数字信号的非线性失真量得到非线性矫正模型的参数。

优选的，本发明的训练信号由训练信号生成模块生成；

所述训练信号生成模块包括至少两路非线性校准信号源和合路器；

所述至少两路非线性校准信号源生成的非线性校准信号通过合路器合路生成一路训练信号。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过设置网络参数检测提取单元和非线性矫正处理单元实现对模拟数字转换器的非线性矫正，有效抑制了模拟数字转换器的谐波、互调、高次相关杂散等非线性失真，同时对DNL、INL等量化产生的非线性失真和杂散也大幅抑制，明显提高了模拟数字转换器的无杂散动态范围。

2、本发明通过对模拟输入信号的源等效网络参数测量提取，然后根据该网络参数对非线性矫正进行修正，保证了任何模拟输入信号源或者电磁环境的影响，都可以有效进行非线性矫正，保证无杂散动态范围指标稳定优良。

3、本发明结构简洁明晰，便于集成芯片化，根据本发明可以设计制造出新一代超大动态的模拟数字转换器芯片，无杂散动态范围指标比现有的模拟数字转换器高出20dB以上。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的方法及装置原理示意图。

图2为采用本发明对单音信号进行非线性矫正前、后实测FFT频谱图。(a)为矫正前FFT频谱图；(b)为矫正后FFT频谱图。

图3为采用本发明对双音信号进行非线性矫正前、后实测FFT频谱图。(a)为矫正前FFT频谱图；(b)为矫正后FFT频谱图。

图4为采用模拟输入信号的源等效网络参数对非线性矫正模型进行修正前、后的矫正实测FFT频谱图。(a)为修正前FFT频谱图；(b)为修正后FFT频谱图。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了一种提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法及装置。

如图1所示，本实施例的非线性矫正装置包括训练信号生成模块、网络参数检测提取单元、模拟数字转换器和非线性矫正处理单元。

本实施例的非线性矫正方法及装置的工作原理为：

本实施例通过利用源等效网络参数数据来实现非线性失真的矫正，具体为：首先，通过网络参数检测提取单元获取训练信号并提取训练信号的源等效网络参数数据，将训练信号的源等效网络参数数据传输给非线性矫正处理单元，训练信号经网络参数检测提取单元传输给模拟数字转换器，模拟数字转换器将训练信号进行数字量化转换，输出带非线性失真的数字信号给非线性矫正处理单元，非线性矫正处理单元能够获得经模拟数字转换器转换后的信号的非线性等效网络参数，由源等效网络参数和非线性等效网络参数确定非线性矫正模型的参数，即可得到非线性矫正模型并将其预先存储在非线性矫正处理单元中；然后，采用训练好的非线性模型对模拟输入信号进行处理，模拟输入信号输入到网络参数检测提取单元，网络参数检测提取单元对模拟输入信号进行源等效网络参数数据提取并将其传输给非线性矫正处理单元，模拟输入信号经网络参数检测提取单元传输给模拟数字转换器，模拟数字转换器将模拟输入信号进行转换，输出带非线性失真的数字信号给非线性矫正处理单元，非线性矫正处理单元根据模拟输入信号的源等效网络参数对预先存储的非线性矫正模型进行修正(由于模拟输入信号与训练信号存在信号源不相同，从而通过修正来实现对不同模拟输入信号的矫正)，修正后的非线性矫正模型即可生成与模拟输入信号的非线性失真量幅度相等、相位相反的信号，将该信号与模拟输入信号的数字信号相加，即可消除模拟输入信号经模拟数字转换器带来的非线性失真，矫正了模拟数字转换器的非线性失真和杂散，提高了模拟数字转换器的无杂散动态范围。

如图1所示，本实施例的非线性矫正装置中，

网络参数检测提取单元获取模拟输入信号并提取模拟输入信号的源等效网络参数；

网络参数检测提取单元将对模拟输入信号提取的源等效网络参数数据传输给非线性矫正处理单元；

网络参数检测提取单元还将模拟输入信号传输给模拟数字转换器；

本实施例中通过以下过程预先训练非线性矫正模型：

网络参数检测提取单元获取训练信号并提取训练信号的源等效网络参数；

网络参数检测提取单元将对训练信号提取的源等效网络参数数据传输给非线性矫正处理单元；

网络参数检测提取单元还将训练信号传输给模拟数字转换器；

本实施例训练得到的非线性模型包括非线性矫正数字滤波器组、与非线性矫正数字滤波器组的输出连接的一个修正数字滤波器；其中，非线性矫正数字滤波器组的系数是由训练信号训练得到的；而修正数字滤波器的系数是根据模式输入信号的源等效网络对非线性网络分压比得到的，这样就可以针对模拟输入信号的不同源等效阻抗网络进行非线性矫正的实时修正，保证了非线性矫正的效果，使得提升的无杂散动态范围稳定。

如图1所示，本实施例的训练信号由n路非线性校准信号源通过合路器合路而成，其中，n为大于等于2的正整数。

本实施例的非线性矫正信号源采用但不限于数字模拟转换器(DAC)、数字频率合成器(DDS)和锁相环频率合成器(PLL)。

实施例2

本实施例采用上述实施例1提出的非线性矫正方法及装置对单音信号、双音信号和实际的模拟输入信号进行矫正，分别得到矫正前、后的FFT频率图。

如图2所示，采用上述实施例1提出的非线性矫正方法及装置对单音信号进行矫正前、后的实测FFT频谱图，由图2可知：通过采用本发明的非线性矫正使模拟数字转换器单音无杂散动态范围提升41dB。

如图3所示，采用上述实施例1提出的非线性矫正方法及装置对双音信号进行矫正前、后的实测FFT频谱图，由图3可知：通过采用本发明的非线性矫正使模拟数字转换器双音无杂散动态范围提升了22dB。

此外，本实施例还实测了-2dB、-5dB、-10dB、-15dB、-20dB回损(S11)的输入信号网络，在不做模拟输入信号的源等效网络参数修正时，非线性矫正效果在-2dB、-5dB、-10dB回损时会变化，-2dB回损网络时非线性矫正效果会降低15dB，-5dB回损网络时非线性矫正效果会降低10dB，而进行输入信号网络参数修正时，非线性矫正效果一直良好，无杂散动态范围保证一致优良。

如图4所示，采用实测的-5dB回损(S11)的模拟输入信号的源等效网络参数对预先存储的非线性矫正模型进行修正前、后的矫正实测FFT频谱图，由图4可知：通过采用实测模拟输入信号的源等效网络参数对非线性矫正模进行修正，采用修正后的非线性矫正模型对模拟输入信号的数字量化信号进行矫正，相比修正前非线性矫正的无杂散动态范围提升了10dB，保证了模拟输入信号的不同源等效网络都能够很好的进行非线性矫正，使得无杂散动态范围指标一致优良。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法，其特征在于，所述非线性矫正模型的训练过程为：

3.根据权利要求2所述的提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法，其特征在于，所述训练信号由至少两路非线性校准信号源生成的非线性校准信号通过合路器合路生成。

4.根据权利要求3所述的提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正方法，其特征在于，所述非线性校准信号源采用数字模拟转换器DAC、数字频率合成器DDS或者锁相环频率合成器PLL。

5.提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正装置，其特征在于，包括：训练信号生成模块、网络参数检测提取单元、模拟数字转换器和非线性矫正处理单元；

6.根据权利要求5所述的提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正装置，其特征在于，所述非线性矫正模型的训练过程为：

7.根据权利要求6所述的提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正装置，其特征在于，所述训练信号由训练信号生成模块生成；

8.根据权利要求7所述的提升模拟数字转换器无杂散动态范围的非线性矫正装置，其特征在于，所述非线性校准信号源采用数字模拟转换器DAC、数字频率合成器DDS或者锁相环频率合成器PLL。