CN114070312A - 一种具有自校准功能的多通道adc增益放大电路 - Google Patents

一种具有自校准功能的多通道adc增益放大电路 Download PDF

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CN114070312A
CN114070312A CN202111365379.2A CN202111365379A CN114070312A CN 114070312 A CN114070312 A CN 114070312A CN 202111365379 A CN202111365379 A CN 202111365379A CN 114070312 A CN114070312 A CN 114070312A
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霍攀
张芷维
李洪涛
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Nanjing University of Science and Technology
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    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1009—Calibration
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Abstract

本发明公开了一种具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路。包括M级开关电路、N级比例运算放大电路、多通道ADC转换电路、FPGA算法补偿电路以及通信接口电路。利用基于FPGA补偿算法对多通道ADC采样信号进行幅度及相位进行校准。输入信号依次经过M级开关电路、N级比例运算放大电路，到达多通道ADC转换电路进行数模转换，生成数字信号传输到所述FPGA算法补偿电路进行增益误差补偿、时钟误差补偿，补偿后的数字信号通过通信接口电路进行输出。

Description

一种具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路
技术领域
本发明属于一种具有自校准功能的放大电路，特别是一中基于FPGA的补偿自校准放大电路。
背景技术
近年来，弱信号检测技术越来越多的被应用于雷达、浅目标探测、飞行器拦截等各个方面，因为实际需求中目标信息大多数为弱信号，所以采用放大电路对所检测的信号进行放大，弱信号检测系统中的目标信息参数通常采用FPGA或 DSP来计算，因此获取的目标信息须转换成数字信号才能为雷达信号处理系统所用，所以提出在其放大电路后加多通道ADC转换电路的方案，目前，选择高分辨率的模数转换芯片对检测到的模拟信号进行输出有比较广泛的应用。因为，高分辨率的模数转换芯片的输出精度受温度漂移、线性度等因素的影响较大，所以多通道ADC转换电路的误差是弱信号检测系统的误差主要来源，因此，在系统的应用中必须对其加以一定的补偿校准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路，这种电路能够实现对检测到的信号进行幅度、相位自动校准。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路，包括包括M级开关电路、N级比例运算放大电路、多通道ADC转换电路、FPGA算法补偿电路以及通信接口电路，M级开关电路与N级比例运算放大电路连接，用来调节电路放大倍数，比例运算放大电路输出端与多通道 ADC转换电路输入端连接，多通道ADC转换电路输出端与FPGA算法补偿电路输入端连接，FPGA算法补偿电路输出端与通信接口电路连接。输入信号先进入第一级开关电路，然后经过N级比例运算放大电路进行放大，再经过多通道 ADC转换电路进行模数转换，生成数字信号传输到所述FPGA算法补偿电路进行自校准，最后通过通信接口电路进行输出。
N级比例运算放大电路由M级开关电路控制，可任意选择其放大倍数。
将经过多通道ADC转换电路输出的数字信号在FPGA中进行补偿运算，可以对任意频率下的信号进行自动补偿校准，大大提高了放大电路的精确度。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)本发明可应用于弱小信号检测系统中，可根据输入信号频率的的不同，自动对信号的幅度及其相位进行补偿校准，大大提高了电路的适用范围及放大性能。
(2)本发明采用N级比例运算放大电路，适用性广，可灵活对信号进行任意比例放大，FPGA算法补偿校准可同时对任意频率、任意大小的信号进行补偿校准。
附图说明
图1是本发明提供的具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路的总体结构图。
图2是其中某一级开关电路结构图。
图3是其中某一级比例运算电路结构图。
图4是多通道ADC转换电路结构图。
图5是FPGA算法补偿电路结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明确，以下参照附图对本发明进一步详细说明。
本发明一种具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路，由两级开关电路、四级比例运算放大电路、多通道ADC转换电路、FPGA算法补偿电路以及通信接口电路组成，具体结构如图1所示。首先输入信号进入第一级开关电路，然后选择放大倍数，由比例运算放大电路对输入信号进行放大后进入多通道ADC转换电路进行模数转换，将输入信号转换为数字信号，生成的数字信号输入FPGA 算法补偿电路，FPGA算法补偿电路根据采集到的基准数字信号值D基准和输入信号数字信号值D计算补偿量，并对输入信号进行补偿，补偿后的数字信号通过通信接口电路进行输出。下面对各部分结构进行详细介绍：
开关电路，如图2所示，有两个控制端、一个输入端、两个输出端，可以根据控制端口控制输入信号的输出端口选择，当控制端1和控制端2都为0时，开关处于关闭状态，当控制端1为0、控制端2为1时，输入信号由输出端1输出，当控制端1为1、控制端2为0时，输入信号由输出端2输出。
比例运算放大电路，如图3所示，将反向输入端选为信号输入端，正向输入端接地，信号通过放大电路进行放大，从输出端输出。
多通道ADC转换电路，如图4所示，多通道ADC转换电路有多个输入端，可同时输入多路信号进行模数转换，将并行输入的模拟信号转换为数字信号后从输出端串行输出。
FPGA算法补偿电路，如图5所示，即对转换后的数字信号进行补偿校准。 FPGA在内部生成一个计数器，当计到一定时间时产生一个上升沿，在上升沿到来时采集由FPGA中数字频率合成器产生的某频率正弦波信号此时刻对应基准数字信号D基准，并且同时采集由多通道ADC转换电路输出的此时刻数字信号D，根据基准数字信号D基准得出此时刻发射正弦波信号的幅度A基准和相位
Figure BSA0000257995600000031
根据此时刻数字信号D得出此时刻多通道ADC转换电路输出信号的幅度A0和相位
Figure BSA0000257995600000032
然后将A0和A基准作差得出幅度补偿因数ZA，将
Figure BSA0000257995600000033
和
Figure BSA0000257995600000034
作差得出相位补偿因数
Figure BSA0000257995600000035
然后对FPGA输入的数字信号进行补偿校准得到补偿后的信号幅度 A0’和
Figure BSA0000257995600000036
然后将补偿后的数据通过通信接口电路输出。此方法可通过产生多个计数器，对不同时刻不同频率下的输入信号进行补偿校准，实现任意频率自校准功能。

Claims (4)

1.一种具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路，包括包括M级开关电路、N级比例运算放大电路、多通道ADC转换电路、FPGA算法补偿电路以及通信接口电路，其特征在于：所述第M级开关电路与第N级比例运算放大电路和第N+1级比例运算放大电路连接，用来调节电路放大倍数，最后一级比例运算放大电路输出端与多通道ADC转换电路输入端连接，多通道ADC转换电路输出端与FPGA算法补偿电路输入端连接，FPGA算法补偿电路输出端与通信接口电路连接；
输入信号经过比例运算放大电路进行放大，再经过多通道ADC转换电路进行模数转换，生成数字信号传输到所述FPGA算法补偿电路进行自校准。
2.根据权利要求1所描述的一种具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路，其特征在于：比例运算放大电路由开关电路控制，可任意选择其放大倍数，开关电路包括两个控制端、一个输入端、两个输出端。
3.根据权利要求2所描述的一种具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路，其特征在于：经过比例运算放大电路后的信号进入多通道ADC转换电路，由多通道ADC转换电路进行模数转换后生成数字信号，传输到FPGA算法补偿电路中进行信号的幅度、相位补偿校准，补偿后的数字信号通过接口电路输出。
4.根据权利要求.所描述的一种具有自校准功能的多通道ADC增益放大电路，其特征在于：所述FPGA算法补偿电路通过以下公式对输入数字信号的幅度和相位进行补偿校准：
(A0-A基准)＝ZA
Figure FSA0000257995590000011
A0’＝ZA·A0；
Figure FSA0000257995590000012
其中，A0为输入信号的幅度值，
Figure FSA0000257995590000013
为输入信号的相位值，A基准为信号的理论幅度，
Figure FSA0000257995590000014
为信号的理论相位，ZA为幅度修正因数，
Figure FSA0000257995590000015
为相位修正因数，A0’为补偿后的幅度值，
Figure FSA0000257995590000016
为补偿后的相位值。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117978167A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 杰华特微电子股份有限公司 一种多运放的轮转校准方法、校准电路和多通道驱动系统

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