CN113114245B - Adc参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法 - Google Patents

Adc参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113114245B
CN113114245B CN202110362036.4A CN202110362036A CN113114245B CN 113114245 B CN113114245 B CN 113114245B CN 202110362036 A CN202110362036 A CN 202110362036A CN 113114245 B CN113114245 B CN 113114245B
Authority
CN
China
Prior art keywords
output signal
adc
signal
sampling
reconstructed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN202110362036.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113114245A (zh
Inventor
马敏
曾钰琴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202110362036.4A priority Critical patent/CN113114245B/zh
Publication of CN113114245A publication Critical patent/CN113114245A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113114245B publication Critical patent/CN113114245B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1071—Measuring or testing
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1071—Measuring or testing
    • H03M1/1085—Measuring or testing using domain transforms, e.g. Fast Fourier Transform

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法，首先利用被测ADC输出信号的频域信息对被测ADC的测量周期、幅度、初始相位和直流分量进行估计，然后对削顶输出信号进行第一次重构并进行削顶处理得到重构的削顶输出信号，在被测ADC输出信号中减去第一次重构的削顶输出信号，基于剩余信号对幅度误差进行估计，然后对削顶输出信号进行第二次重构并进行削顶处理得到第二次重构的削顶输出信号，在被测ADC输出信号中第二次重构的削顶输出信号替换为未削顶相关采样输出信号，即可对非相干采样信号恢复得到相干采样信号。采用本发明对被测ADC在超量程输入与非相干采样条件下得到的采样信号进行恢复得到相干采样信号，实现ADC的精确测试。

Description

ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法
技术领域
本发明属于ADC参数测试技术领域，更为具体地讲，涉及一种ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法。
背景技术
模拟转换器(Analogue-To-Digital Converter，ADC)是模拟信号到数字信号的转换工具，广泛应用于各类系统的信号采集环节，是信号采集和数字信号处理系统的重要组成部分，同时也是集成电路测试系统的重要组成部分。对于集成电路测试系统来说，保证ADC参数的精确测量是非常重要的。ADC的参数包含静态参数和动态参数两大类。目前针对ADC芯片众多动态性能指标的验证，通常的测试方法是ADC的输入端输入一个完美的正弦信号，被测ADC对信号进行量化转换输出，运用离散傅里叶变换转换成频谱来分析ADC的参数指标。
IEEE 1241测试标准中要求输入信号的幅度范围要略低于被测ADC满量程范围，输入范围过大或过小均会导致动态参数测试不准确，输入范围超过被测ADC满量程范围称为超量程输入。为了避免超量程输入，就需要对输入信号幅度范围进行精准的控制，意味着对产生输入信号的测试设备精度要求高，会增加测试成本。此外还需要对输入信号进行相干采样，如果没有对输入信号进行相干采样，输出信号频谱上将出现裙边效应，基频对应的量化索引将不再是唯一索引，出现频谱泄露现象，标准条件下的参数计算公式将不再适用。
图1是超量程输入下被测ADC输出信号的频域图。图2是超量程输入下被测ADC输出信号的时域图。如图1和图2所示，这两幅图像绘制了超出满量程范围10％时被测ADC输出信号的频域图和时域图。可以看出，超量程输入时输出信号在时域上为正弦信号顶部和底部的失真，而在频域上则直接体现为大量的杂散失真。严重的杂散失真不仅掩盖了真实的谐波分量，也差点对基波的识别造成影响。这样的频谱信息显然是无法直接利用测量标准的公式进行处理的，即无法得到ADC动态参数的准确测量。
当输入信号为超量程输入而被测ADC又采用非相干采样时，会加剧以上情况。图3是超量程输入与非相干采样下的被测ADC输出信号的频域图。图4是超量程输入与非相干采样下的被测ADC输出信号的时域图。对比图2和图4可知，当输入信号为超量程输入而被测ADC又采用非相干采样时，其输出信号的时域图像差别不大，依然是在信号底部和顶部出现削顶现象。但是对比图1和图3可知在频域上，频谱不仅存在由超量程输入引起的大量杂散失真，而且出现了严重的频谱泄露现象，这个频谱信息无法进行公式计算出ADC参数。
虽然输入信号为超量程输入而被测ADC又采用非相干采样时其输出信号的信息无法满足ADC参数测试需求，但是这种方式可以降低对测试设备和测试条件的要求，降低测试成本。如果可以对这种情况下的频谱信息进行有效的处理，消除频谱泄露和杂散失真得到干净的频谱信息，就可以实现对ADC参数的准确测试。目前已有学者对上述问题进行研究并提出了处理算法，例如爱荷华州立大学陈德刚教授团队提出了一种信号处理算法(参见文献“Zhuang Y,Chen D.Algorithms for Accurate Spectral Analysis in the Presenceof Arbitrary Noncoherency and Large Distortion[J].IEEE Transactions onInstrumentation and Measurement,2017,66(10):2556-2565.”)，该方法首先对幅度、直流偏量、测量周期、相位进行估计，然后进行信号重构，将原始输出信号中非相干采样和削顶的基波部分替换成理想基波，从而实现对输出信号的有效处理。但是经过深入分析可知，该方法仍然存在局限：
该方法在对相位和测量周期小数部分进行精细估计时，需要利用输出信号时域的过零点进行最小二乘拟合来进行。图5是输出信号时域过零点最小二乘拟合的示意图。如图5所示，拟合直线的截距为初始相位误差，斜率为测量周期数小数部分的2π/M倍，其中M表示采样点数，变量为过零点对应的采样点的索引。从理论上来说，要得到准确的拟合直线隐含了一个默认条件，即每一处的过零点集至少包含两个采样点，如果每一处的过零点集只有一个点，根据均匀采样输出信号的每个周期内的过零点会出现在同一个位置且值相同，无法对过零点集进行有效的拟合，且在某些情况下，过零点处将没有采样点存在。例如当采样率为250MHz，信号频率为25MHz，初始相位为π/3，信号是峰峰值为2.02V的正弦波，采样点数为16384。这种情况下输入信号每个周期将会被ADC采集10个点，而在过零点每个子集均为空集，这种情况下显然是无法进行直线拟合的，即无法估计测量周期小数部分δ的值，理论上其值为δ＝(25MHz/250MHz*16384)-round(25MHz/250MHz*16384)＝0.4，也无法对相位进行精细估计。经研究发现，在250MHz采样率条件下，50MHZ、75MHZ及100MHz输入信号频率下过零点子集均为空集，无法得到准确的估计值，导致处理结果与实际情况不相符，最终计算出的ADC参数存在误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法，打破幅度要求和相干采样条件的限制，对被测ADC在超量程输入与非相干采样条件下得到的采样信号进行恢复得到相干采样信号，使得在被测ADC采样信号存在超量程输入与非相干采样的情况下也可以对ADC进行精确测试。
为实现上述发明目的，本发明ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法包括以下步骤：
S1：令被测ADC的输入信号为纯净正弦波，其表达式x(t)为：
Figure BDA0003005918590000031
其中，t表示时间，Dc为直流分量，A,fsig,
Figure BDA0003005918590000032
分别表示基波的幅度、频率和初始相位，w(t)为在时间t处的噪声；
对被测ADC的输出信号x[n]进行离散傅里叶变换，得到输出信号的频域表达式Xk，Xk的表达式为：
Figure BDA0003005918590000033
其中，k＝0,1,…,M-1，n＝0,1,…,M-1，j表示虚数单位；
S2：利用输出信号的频域信息对被测ADC的采样周期
Figure BDA0003005918590000034
的整数部分
Figure BDA0003005918590000035
和小数部分
Figure BDA0003005918590000036
进行估计，得到测量周期总数的估计值
Figure BDA0003005918590000037
其中整数部分
Figure BDA0003005918590000038
和小数部分
Figure BDA0003005918590000039
的表达式分别为：
Figure BDA00030059185900000310
Figure BDA0003005918590000041
其中，arg max表示求取令函数达到最大值的变量取值，imag表示求取复数虚部，e表示自然常数；
S3：用三参数正弦拟合法来对输出信号幅度、初始相位和直流分量进行联合估计，具体方法为：
记输入信号所对应的理想输出信号如下：
Figure BDA0003005918590000042
其中
Figure BDA0003005918590000043
理想输出信号即为没有谐波分量、噪声和削顶效应的输出信号；
令：
Figure BDA0003005918590000044
其中，
Figure BDA0003005918590000045
分别表示参数B、C、Dc的估计值；
则根据三参数正弦拟合可得
p＝(ψTψ)-1ψTy1
其中，y1是由y1[n]构成的一维列向量，上标-1表示求逆，上标T表示转置；
计算上述公式得到参数B,C的估计值
Figure BDA0003005918590000046
以及直流分量的估计值
Figure BDA0003005918590000047
进而得到幅度的估计值
Figure BDA0003005918590000048
和相位的估计值
Figure BDA0003005918590000049
Figure BDA00030059185900000410
Figure BDA00030059185900000411
S4：采用步骤S2得到的测量周期数
Figure BDA0003005918590000051
以及步骤S3得到的幅度估计值
Figure BDA0003005918590000052
相位估计值
Figure BDA0003005918590000053
和直流分量
Figure BDA0003005918590000054
对削顶输出信号进行第一次重构，得到重构输出信号ynco[n]：
Figure BDA0003005918590000055
对重构输出信号ynco[n]进行削顶处理，得到重构的削顶输出信号y2[n]：
Figure BDA0003005918590000056
其中，[Vref-,Vref+]表示被测ADC的满量程范围；
S5：在被测ADC输出信号x[n]中减去第一次重构的削顶输出信号y2[n]，得到剩余信号r[n]：
r[n]＝x[n]-y2[n]
对剩余信号r[n]进行傅里叶变换，记傅里叶变换结果中各个傅里叶系数为Rk，得到满足公式
Figure BDA0003005918590000057
的傅里叶系数序号k′，然后采用如下公式得到幅度误差的估计值
Figure BDA0003005918590000058
Figure BDA0003005918590000059
其中，
Figure BDA00030059185900000510
S6：对削顶输出信号进行第二次重构，得到重构输出信号ynco2[n]：
Figure BDA00030059185900000511
对重构输出信号ynco2[n]进行削顶处理，得到重构的削顶输出信号ynid[n]：
Figure BDA0003005918590000061
S7：对理想的未削顶相干采样输出信号进行重构，得到未削顶相干采样输出信号yid[n]：
Figure BDA0003005918590000062
S8：将被测ADC输出信号x[n]中削顶非相干采样部分替换为未削顶相干采样部分，恢复得到采样信号ynew[n]：
ynew[n]＝x[n]-ynid[n]+yid[n]。
本发明ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法，首先利用被测ADC输出信号的频域信息对被测ADC的测量周期、幅度、初始相位和直流分量进行估计，然后对削顶输出信号进行第一次重构并进行削顶处理得到重构的削顶输出信号，在被测ADC输出信号中减去第一次重构的削顶输出信号，基于剩余信号对幅度误差进行估计，然后对削顶输出信号进行第二次重构并进行削顶处理得到第二次重构的削顶输出信号，在被测ADC输出信号中第二次重构的削顶输出信号替换为未削顶相干采样输出信号，即可对非相干采样信号恢复得到相干采样信号。
本发明可以在超量程输入与非相干采样下实现ADC参数的准确测量，且对输入信号的频率也没有要求，只要输入信号频率与采样频率满足奈奎斯特定理。
附图说明
图1是超量程输入下被测ADC输出信号的频域图；
图2是超量程输入下被测ADC输出信号的时域图；
图3是超量程输入与非相干采样下的被测ADC输出信号的频域图；
图4是超量程输入与非相干采样下的被测ADC输出信号的时域图；
图5是输出信号时域过零点最小二乘拟合的示意图；
图6是本发明ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法的具体实施方式流程图；
图7是本次仿真验证中16位ADC测试时超出满量程2％的ADC输出信号频域图；
图8是16位ADC测试时采用本发明处理过程中原始信号减去第一次重构的削顶输出信号得到的剩余信号频域图；
图9是16位ADC测试时采用本发明恢复得到的输出信号的频域图；
图10是16位ADC测试时理想输出信号的频域图；
图11是本次仿真验证中14位ADC测试时超出满量程2％的ADC输出信号频域图；
图12是14位ADC测试时采用本发明恢复得到的输出信号的频域图；
图13是14位ADC测试时的理想输出信号的频域图；
图14是本次仿真验证中12位ADC测试时超出满量程2％的ADC输出信号频域图；
图15是12位ADC测试时采用本发明恢复得到的输出信号的频域图；
图16是12位ADC测试时的理想输出信号的频域图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图6是本发明ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法的具体实施方式流程图。如图6所示，本发明ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法的具体步骤包括：
S601：输出信号傅里叶变换：
令被测ADC的输入信号为纯净正弦波，其表达式x(t)为：
Figure BDA0003005918590000071
其中，t表示时间，Dc为直流分量，A,fsig,
Figure BDA0003005918590000072
分别表示基波的幅度、频率和初始相位，w(t)为在时间t处的噪声。
令X[n]为输入信号X(t)第n个采样点，则有
Figure BDA0003005918590000081
其中n表示采样点序号，n＝0,1,…,M-1，M表示采样点数，J表示测量周期。
那么被测ADC采样得到的输出信号应当为削顶信号，其理论输出信号的第n个采样点记为y[n]，令yclipped[n]作为ADC增益和偏移校正之后输出数字信号第n个采样点的模拟表达，其表达式：
Figure BDA0003005918590000082
其中，
Figure BDA0003005918590000083
表示谐波分量，w[n]表示噪声，[Vref-,Vref+]表示被测ADC的满量程范围。
在实际进行测试时，记被测ADC的输出信号为x[n]，对被测ADC的输出信号x[n]进行离散傅里叶变换，得到输出信号的频域表达式Xk，Xk的表达式为：
Figure BDA0003005918590000084
其中，k＝0,1,…,M-1，n＝0,1,…,M-1，j表示虚数单位。
S602：估计测量周期：
由于本发明是在非相干条件下进行测试，则测量周期非整数，因此利用输出信号的频域信息对被测ADC的采样周期
Figure BDA0003005918590000085
的整数部分
Figure BDA0003005918590000086
和小数部分
Figure BDA0003005918590000087
进行估计，得到测量周期总数的估计值
Figure BDA0003005918590000088
其中整数部分
Figure BDA0003005918590000089
和小数部分
Figure BDA00030059185900000810
的表达式分别为：
Figure BDA00030059185900000811
Figure BDA00030059185900000812
其中，arg max表示求取令函数达到最大值的变量取值，imag表示求取复数虚部，e表示自然常数。
S603：联合估计幅度、初始相位和直流分量：
在步骤S602完成测量周期数的估计之后，接下来对输出信号幅度、初始相位和直流分量进行估计。在本发明中，采用三参数正弦拟合法来对输出信号幅度、初始相位和直流分量进行联合估计，具体方法为：
记输入信号所对应的理想输出信号如下：
Figure BDA0003005918590000091
其中
Figure BDA0003005918590000092
理想输出信号即为没有谐波分量、噪声和削顶效应的输出信号。
令：
Figure BDA0003005918590000093
其中，
Figure BDA0003005918590000094
分别表示参数B、C、Dc的估计值。
则根据三参数正弦拟合可得
p＝(ψTψ)-1ψTy1
其中，y1是由y1[n]构成的一维列向量，上标-1表示求逆，上标T表示转置。
计算上述公式得到参数B,C的估计值
Figure BDA0003005918590000095
以及直流分量的估计值
Figure BDA0003005918590000096
进而得到幅度的估计值
Figure BDA0003005918590000097
和相位的估计值
Figure BDA0003005918590000098
Figure BDA0003005918590000099
Figure BDA00030059185900000910
上述所求幅度和初始相位的估计值是基于假设不存在削顶情况下得到的，分析可得，该假设情况下对初始相位估计产生的影响可以忽略不计，这是因为相位是一个比例值。然而，这种假设情况下得到的幅度存在误差，而对于超量程输入而言，即使超出被测ADC满幅量程的1％也会造成频谱上不可忽视的大量杂散失真。换句话说，幅度误差不可忽略，所以需要采用后续步骤对其进行估计。
S604：削顶输出信号重构：
采用步骤S602得到的测量周期数
Figure BDA0003005918590000101
以及步骤S603得到的幅度估计值
Figure BDA0003005918590000102
相位估计值
Figure BDA0003005918590000103
和直流分量
Figure BDA0003005918590000104
对削顶输出信号进行第一次重构，得到重构输出信号ynco[n]：
Figure BDA0003005918590000105
对重构输出信号ynco[n]进行削顶处理，得到重构的削顶输出信号y2[n]：
Figure BDA0003005918590000106
S605：估计幅度误差：
在被测ADC输出信号x[n]中减去第一次重构的削顶输出信号y2[n]，得到剩余信号r[n]：
r[n]＝x[n]-y2[n]
对剩余信号r[n]进行傅里叶变换，记傅里叶变换结果中各个傅里叶系数为Rk，得到满足公式
Figure BDA0003005918590000107
的傅里叶系数序号k′，然后采用如下公式得到幅度误差的估计值
Figure BDA0003005918590000108
Figure BDA0003005918590000109
其中，
Figure BDA00030059185900001010
S606：削顶输出信号二次重构：
对削顶输出信号进行第二次重构，得到重构输出信号ynco2[n]：
Figure BDA0003005918590000111
对重构输出信号ynco2[n]进行削顶处理，得到重构的削顶输出信号ynid[n]：
Figure BDA0003005918590000112
S607：未削顶相干采样输出信号重构：
对理想的未削顶相干采样输出信号进行重构，得到未削顶相干采样输出信号yid[n]：
Figure BDA0003005918590000113
S608：采样信号恢复：
将被测ADC输出信号x[n]中削顶非相干采样部分替换为未削顶相干采样部分，恢复得到采样信号ynew[n]：
ynew[n]＝x[n]-ynid[n]+yid[n]
经过上述步骤，完成对削顶非相干采样输出信号中不理想基波的识别和估计，并将其替换成理想的基波。对新信号进行傅里叶变换后，即可利用标准测试中的计算公式对ADC参数进行计算。
为了更好地说明本发明的技术效果，采用具体实例对本发明进行仿真验证。在仿真验证时对ADC动态参数和ADC静态参数的测试分别进行验证。
本次仿真验证中采用MATLAB产生16位ADC的输出信号，设定满量程范围为[-1,1]，输入信号幅度超过满量程2％，采样率为250MHz，信号频率为97MHz。图7是本次仿真验证中16位ADC测试时超出满量程2％的ADC输出信号频域图。如图7所示，在非相干采样和削顶条件下得到的输出信号频谱图具有严重的频谱泄露和大量的杂散失真，这种频谱信息显然是无法直接采用标准测试方法的计算公式对频谱参数进行直接的。
接下来采用本发明对图7所示输出信号进行处理。图8是16位ADC测试时采用本发明处理过程中原始信号减去第一次重构的削顶输出信号得到的剩余信号频域图。图9是16位ADC测试时采用本发明恢复得到的输出信号的频域图。图10是16位ADC测试时理想输出信号的频域图。对比图7、图9和图10可知，采用本发明恢复处理后的输出信号频谱图完全消除了频谱泄露和杂散失真，达到和理想输出信号频谱媲美的干净频谱。利用算法处理后的频谱信息即可采用传统测试公式计算ADC动态参数和静态参数，即实现了在放宽相干采样条件和输入信号幅度范围略低于ADC满量程范围的测试条件下，对ADC参数的准确测试。
类似地，本次仿真验证还对14位ADC和12位ADC进行了相似的超出满量程2％的非相干采样的仿真验证。图11是本次仿真验证中14位ADC测试时超出满量程2％的ADC输出信号频域图。图12是14位ADC测试时采用本发明恢复得到的输出信号的频域图。图13是14位ADC测试时的理想输出信号的频域图。图14是本次仿真验证中12位ADC测试时超出满量程2％的ADC输出信号频域图。图15是12位ADC测试时采用本发明恢复得到的输出信号的频域图。图16是12位ADC测试时的理想输出信号的频域图。根据图11至图16可知，在14位ADC测试和12位ADC测试时，本发明也可以实现相同的效果。
表1是本次仿真验证中三款ADC的动态参数测试结果。
12位 14位 16位
SNR_id(dB) 73.90 71.93 71.85
SNR_pro(dB) 74.50 72.36 72.44
SFDR_id(dB) 102.17 99.14 95.12
SFDR_pro(dB) 102.80 99.57 95.19
THD_id(dB) —106.89 —101.71 —97.97
THD_pro(dB) —106.44 —102.56 —97.18
ENOB_id(bit) 11.98 11.66 11.64
ENOB_pro(bit) 12.08 11.73 11.74
表1
表1中后缀为“id”的参数为理想采样信号所测得的动态参数，后缀为“pro”的参数为采用本发明超量程输入与非相干采样下的采样信号进行恢复后所测得的动态参数。表2是本次仿真验证中三款ADC动态参数与理论情况的误差统计表。
SNR_err(％) SFDR_err(％) THD_err(％) ENOB_err(％)
16-bit ADC 0.81 0.61 —0.42 0.80
14-bit ADC 0.60 —0.45 0.84 0.60
12-bit ADC 0.80 0.07 —0.81 0.86
表2表3是本次仿真验证中三款ADC的静态参数测试结果。
12位 14位 16位
DNL(LSB) 0.52 0.53 0.53
INL(LSB) 0.06 0.17 0.05
表3
如表1至表3所示，基于本发明恢复得到的ADC采样信号，可以实现对于ADC的动态参数测试和静态参数测试，且能得到较为可靠的测试结果。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种ADC参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：令被测ADC的输入信号为纯净正弦波，其表达式x(t)为：
Figure FDA0003005918580000011
其中，t表示时间，Dc为直流分量，A,fsig,
Figure FDA0003005918580000012
分别表示基波的幅度、频率和初始相位，w(t)为在时间t处的噪声；
对被测ADC的输出信号x[n]进行离散傅里叶变换，得到输出信号的频域表达式Xk，Xk的表达式为：
Figure FDA0003005918580000013
其中，k＝0,1,…,M-1，n＝0,1,…,M-1，j表示虚数单位；
S2：利用输出信号的频域信息对被测ADC的采样周期
Figure FDA0003005918580000014
的整数部分
Figure FDA0003005918580000015
和小数部分
Figure FDA0003005918580000016
进行估计，得到测量周期总数的估计值
Figure FDA0003005918580000017
其中整数部分
Figure FDA0003005918580000018
和小数部分
Figure FDA0003005918580000019
的表达式分别为：
Figure FDA00030059185800000110
Figure FDA00030059185800000111
其中，arg max表示求取令函数达到最大值的变量取值，imag表示求取复数虚部，e表示自然常数；
S3：用三参数正弦拟合法来对输出信号幅度、初始相位和直流分量进行联合估计，具体方法为：
记输入信号所对应的理想输出信号如下：
Figure FDA00030059185800000112
其中
Figure FDA0003005918580000021
理想输出信号即为没有谐波分量、噪声和削顶效应的输出信号；
令：
Figure FDA0003005918580000022
其中，
Figure FDA0003005918580000023
分别表示参数B、C、Dc的估计值；
则根据三参数正弦拟合可得
p＝(ψTψ)-1ψTy1
其中，y1是由y1[n]构成的一维列向量，上标-1表示求逆，上标T表示转置；
计算上述公式得到参数B,C的估计值
Figure FDA0003005918580000024
以及直流分量的估计值
Figure FDA0003005918580000025
进而得到幅度的估计值
Figure FDA0003005918580000026
和相位的估计值
Figure FDA0003005918580000027
Figure FDA0003005918580000028
Figure FDA0003005918580000029
S4：采用步骤S2得到的测量周期数
Figure FDA00030059185800000210
以及步骤S3得到的幅度估计值
Figure FDA00030059185800000211
相位估计值
Figure FDA00030059185800000212
和直流分量
Figure FDA00030059185800000213
对削顶输出信号进行第一次重构，得到重构输出信号ynco[n]：
Figure FDA00030059185800000214
对重构输出信号ynco[n]进行削顶处理，得到重构的削顶输出信号y2[n]：
Figure FDA00030059185800000215
其中，[Vref-,Vref+]表示被测ADC的满量程范围；
S5：在被测ADC输出信号x[n]中减去第一次重构的削顶输出信号y2[n]，得到剩余信号r[n]：
r[n]＝x[n]-y2[n]
对剩余信号r[n]进行傅里叶变换，记傅里叶变换结果中各个傅里叶系数为Rk，得到满足公式
Figure FDA0003005918580000031
的傅里叶系数序号k′，然后采用如下公式得到幅度误差的估计值
Figure FDA0003005918580000032
Figure FDA0003005918580000033
其中，
Figure FDA0003005918580000034
S6：对削顶输出信号进行第二次重构，得到重构输出信号ynco2[n]：
Figure FDA0003005918580000035
对重构输出信号ynco2[n]进行削顶处理，得到重构的削顶输出信号ynid[n]：
Figure FDA0003005918580000036
S7：对理想的未削顶相干采样输出信号进行重构，得到未削顶相干采样输出信号yid[n]：
Figure FDA0003005918580000037
S8：将被测ADC输出信号x[n]中削顶非相干采样部分替换为未削顶相干采样部分，恢复得到采样信号ynew[n]：
ynew[n]＝x[n]-ynid[n]+yid[n]。
CN202110362036.4A 2021-04-02 2021-04-02 Adc参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法 Expired - Fee Related CN113114245B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110362036.4A CN113114245B (zh) 2021-04-02 2021-04-02 Adc参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110362036.4A CN113114245B (zh) 2021-04-02 2021-04-02 Adc参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113114245A CN113114245A (zh) 2021-07-13
CN113114245B true CN113114245B (zh) 2022-04-19

Family

ID=76713571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110362036.4A Expired - Fee Related CN113114245B (zh) 2021-04-02 2021-04-02 Adc参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113114245B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114184839B (zh) * 2021-12-10 2024-03-01 江苏集萃智能集成电路设计技术研究所有限公司 一种抑制信号源抖动的adc频谱测试方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107102255A (zh) * 2017-05-31 2017-08-29 太原科技大学 单一adc采集通道动态特性测试方法
CN107800434A (zh) * 2017-09-29 2018-03-13 东南大学 一种基于参数提取的快速adc测试方法
CN108494402A (zh) * 2018-03-14 2018-09-04 东南大学 一种基于正弦拟合的tiadc系统误差估计和补偿方法
CN110266311A (zh) * 2019-05-29 2019-09-20 中国科学技术大学 一种tiadc系统失配误差校准方法、装置、设备及介质
CN110912556A (zh) * 2019-10-29 2020-03-24 东南大学 一种基于差值均衡的tiadc系统采样时刻失配误差估计方法
CN111970003A (zh) * 2020-08-07 2020-11-20 电子科技大学 Adc频谱测试中非相干采样信号恢复方法
CN111983308A (zh) * 2020-08-19 2020-11-24 电子科技大学 Adc频谱测试中存在非相干采样和谐波失真的信号恢复方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107102255A (zh) * 2017-05-31 2017-08-29 太原科技大学 单一adc采集通道动态特性测试方法
CN107800434A (zh) * 2017-09-29 2018-03-13 东南大学 一种基于参数提取的快速adc测试方法
CN108494402A (zh) * 2018-03-14 2018-09-04 东南大学 一种基于正弦拟合的tiadc系统误差估计和补偿方法
CN110266311A (zh) * 2019-05-29 2019-09-20 中国科学技术大学 一种tiadc系统失配误差校准方法、装置、设备及介质
CN110912556A (zh) * 2019-10-29 2020-03-24 东南大学 一种基于差值均衡的tiadc系统采样时刻失配误差估计方法
CN111970003A (zh) * 2020-08-07 2020-11-20 电子科技大学 Adc频谱测试中非相干采样信号恢复方法
CN111983308A (zh) * 2020-08-19 2020-11-24 电子科技大学 Adc频谱测试中存在非相干采样和谐波失真的信号恢复方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Accurate full spectrum test robust to simultaneous non-coherent sampling and amplitude clipping;Siva Sudani等;《2013 IEEE International Test Conference (ITC)》;20131104;第1-10页 *
Accurate spectral testing with non-coherent sampling for large distortion to noise ratios;Yuming Zhuang等;《2016 IEEE 34th VLSI Test Symposium (VTS)》;20160526;第1-6页 *
Algorithms for Accurate Spectral Analysis in the Presence of Arbitrary Noncoherency and Large Distortion;Yuming Zhuang等;《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》;20170620;第66卷(第10期);第2556-2565页 *
Fast co-test of linearity and spectral performance with non-coherent sampled and amplitude clipped data;Li Xu等;《2014 International Test Conference》;20150209;第1-8页 *
FIRE: A Fundamental Identification and Replacement Method for Accurate Spectral Test Without Requiring Coherency;Siva Kumar Sudani等;《 IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》;20130709;第62卷(第11期);第3015-3025页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113114245A (zh) 2021-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6405147B1 (en) Signal transfer device measurement system and method
Peetz Dynamic testing of waveform recorders
Serra et al. Combined spectral and histogram analysis for fast ADC testing
CN113114245B (zh) Adc参数测试中超量程输入与非相干采样下的信号恢复方法
CN112014640A (zh) 一种多通道频标比对测试系统及其工作方法
CN111983308B (zh) Adc频谱测试中存在非相干采样和谐波失真的信号恢复方法
Xu A New Approach for the Nonlinearity Test of ADCs/DACs and its application for BIST
Fowler Part 7: analog-to-digital conversion in real-time systems
CN111970003B (zh) Adc频谱测试中非相干采样信号恢复方法
Mishra ADC testing using interpolated fast Fourier transform (IFFT) technique
US7994959B2 (en) System and method of signal sensing, sampling and processing through the exploitation of channel mismatch effects
Xu et al. ADC spectral testing allowing amplitude clipping
Sudani et al. A 2-FFT method for on-chip spectral testing without requiring coherency
Sheng et al. Predicting dynamic specifications of ADCs with a low-quality digital input signal
US6281819B1 (en) Device for ENOB estimation for ADC's based on dynamic deviation and method therefor
CN114184839B (zh) 一种抑制信号源抖动的adc频谱测试方法
Bergman Dynamic error correction of a digitizer for time-domain metrology
Acunto et al. A new bidimensional histogram for the dynamic characterization of ADCs
Sudani et al. Accurate full spectrum test robust to simultaneous non-coherent sampling and amplitude clipping
Sobering et al. The impact of multiplexing on the dynamic requirements of analog-to-digital converters
Hofner Defining and testing dynamic ADC parameters
Wu et al. Efficient algorithm for multi-tone spectral test of ADCs without requiring coherent sampling
Duan et al. SNR measurement based on linearity test for ADC BIST
Fu et al. Accurate spectral testing algorithm of ADC with amplitude drift
Kester et al. Testing data converters

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220419