CN1177419C - 一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，使用一般测试设备，进行高精度自动测量。包括：由周期性信号发生器向被测通道输送周期性模拟信号，输出信号经模数转换后送数字信号处理器；数字信号处理器取N个周期内的采样、量化结果进行折叠，通过相位的均匀分布，等效为一个周期内的超过采样；由增益、增益误差、延迟及相位误差处理模块分别对该等效的超过采样数字信号在数字域进行不失真的运算，再利用数字域进行增益、增益误差、延迟及相位误差计算。为降低噪声的影响，可在数字处理之前加一个FIR滤波器以降低噪声的影响，且不会影响测量精度。通过多次测量和求平均值，可减少因系统误差及偶然误差带来的测量误差。

Description

一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法

发明领域

本发明涉及一种自动测量技术，更确切地说涉及一种通(信)道增益及增益误差、通(信)道延迟(相位)、相位误差的自动测量方法。通过本发明的处理方法，可以在不提高测试设备速度和精度的条件下，提高测试结果的精度。

技术背景

图1所示为传统测试的基本配置与原理，测试信号发生器将测试需要的信号同时送入测试仪和受测器件，受测器件对信号处理后输出，测试仪接收测试输入信号与受测器件的输出信号，通过比较及处理，而获得受测器件的性能。

在现有的电子测量中，一般需使用性能远高于被测器件的测试设备实施测试，由于测试设备的速度及精度有一定的局限，使得测量的精度受到限制；同时，当被测器件工作于高频领域时，测试其振幅、相位等需要更高的采样速度，一方面难以找到这样的仪器及设备，另一方面大大增加了测试费用。

如在测试信号的振幅时，实现测试精度需要一定的过采样及模数(ADC)转换的精度，例如受测器件工作于100MHz，当需要的测试精度在1％以内时，则需要约6～7比特的ADC转换精度，ADC的采样速率约为64×100MHz，即6.4GSPS。

同样，当被测试的两个通道(或称信道)的相位误差精度为1ns时，测试设备中ADC的采样速率至少为几十GSPS，才能够保证测试的精度要求。

从以上分析可知，虽然测试设备对于任何要求内的信号都可以完成测试目的，但由于测试设备是面向任意信号的测试，所以测试设备的所有性能，包括精度及速度、测试信号发生器的信号质量等必须远远高于被测器件、优于被测器件指标的要求，才能够实现比较准确的测量。

图2所示是利用差分结构测试振幅(增益)误差的测试配置与基本原理，利用两个信号的差进行增益误差计算。包括测试信号发生器、被测的两个通道-通道1与通道2和测试设备。测试信号同时送入被测的两个通道及测试设备，两个通道的输出信号在减法器中作减法，而获得两个通道的增益误差。测试设备接收测试输入信号与经过精密放大后的两个通道的增益误差信号，通过比较及处理，而获得被测的两个通道间的增益误差。

通道间增益误差计算可通过将两个通道的输出信号幅度相减，再经精密放大后测量，但是由于通道间相位误差的存在，使得振幅的测量精度受到制约。由于信号本身的相位误差、模拟减法器的精度及放大(增益GAIN)电路精度等原因，会极大地限制测试精度。

对于同样的输入数据，不同通道在响应中，不同延迟即构成输出的相位误差。如图6所示，输入数据为INPUT，通道I与通道Q的两个输出信号分别为CHI_OUTPUT和CHQ_OUTPUT，GD为通道的响应延迟，T_PE为两个通道间响应延迟的误差。可以认为，通道间的相位误差主要由集成电路制造中的不确定因素造成的，其影响为随机的，因相位误差使集成芯片产品的成品率降低；相位误差可以通过器件匹配控制在一定范围内；当器件的通道匹配不能够将相位误差控制在精度要求内时，需要进行精确的测量与筛选。

图3所示是对模拟信号的抽样(量化)示意。Tsignal是一个信号周期，Tsample是一个抽样周期，从图中可以看到，对一模拟信号进行抽样，可以获得相关的振幅信息和相位信息。但是在某些情况下，误差较大。

为了降低信号在量化过程中的误差，通常采用的一种方法是在一个信号周期内增加采样点的个数，这种方法，称为过采样，主要应用在信号频率低的场合。当模数转换(ADC)的采样频率及量化精度提高后，利用过采样技术可以获得精度较高的信号振幅及相位信息。例如被测信号为100KHZ，ADC的量化精度为12比特，采样速度为50MSPS，则实际可以达到的测试精度为0.1％。如当信号频率与抽样频率存在整数关系时，一个周期内的采样与下一个周期内的采样，其相位是相同的，就会导致采集的数据存在大的偏差。

但在高频信号的条件下，利用现有测试设备实现精确的振幅及相位测试是很困难的。如假定测试信号频率为10MHz，要求测试的正弦波振幅精度为0.1％，若要满足测试信号在多个信道中增益匹配的条件，测试设备中ADC的转换精度则需要在10比特以上，采样速率在1.5GSPS左右。因此，在高频信号的条件下，通常采用将X个信号周期内采样点的相位均等分布的方法，由于采样的相位在X个信号周期内各不相同，如果信号在各个周期内的变化小，则利用数字处理的方法，可以获得较高的测试精度。

发明内容

本发明的目的是设计一种通道增益及增益误差、相位及相位误差的测量方法，在不提高测试设备速度和精度的条件下，自动测量信道增益、增益误差、信道延迟和相位误差，能提高测试结果的精度。

本发明方法的基本思想是：利用信号周期性的特点，使用一般的测试设备对被测信号进行多周期的过采样，对采样结果在数字域进行不失真的运算，利用数字域进行振幅测量、通道增益测量、信号的相位测量及通道间相位误差的测量，从而得到各测量结果。

实现本发明目的的技术方案是这样的，一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于包括以下处理步骤：

A.由周期性信号发生器向被测通道输送周期性模拟信号，被测通道输出的模拟信号经模数转换器进行模数转换，获得模拟信号的采样、量化结果，送数字信号处理器；

B.数字信号处理器取周期性模拟信号N个周期内的采样、量化结果进行折叠，通过相位的均匀分布，等效为一个周期内的超过采样；

C.由数字信号处理器中的通道增益处理模块、通道增益误差处理模块、通道延迟处理模块及通道相位误差处理模块分别对该等效的超过采样数字信号进行通道增益、通道增益误差、通道延迟及通道相位误差计算。

所述步骤A中还包括：在模数转换器(ADC)与数字信号处理器之间增加一个FIR数字滤波器，该FIR数字滤波器的幅频响应对应于单频测量信号是一个常数，该FIR数字滤波器的相位响应是线性的，对应于单频测量信号是一个常数。

所述步骤A中的模数转换器(ADC)，是对应每一个测量通道设置一个模数转换器(ADC)。

所述步骤A中的模数转换器(ADC)，是对应全部测量通道设置一个模数转换器(ADC)。

所述步骤B的采样折叠，进一步包括以下处理步骤：

b1.设置正峰(PosPeak)及负峰(NegPeak)数据寄存器，并将正峰(PosPeak)及负峰(NegPeak)数据寄存器置为模数转换器的输出中间值MidValue；

b2.设一个周期内进行模数转换(ADC)的采样个数为M，并对一计数器置数M；

b3.取一个新的输入数据(New Input Data)，当该输入数据大于正峰时，让该输入数据替代正峰数据寄存器中的原有值，当该输入数据小于负峰时，让该输入数据替代负峰数据寄存器中的原有值，对于小于正峰但大于负峰的输入数据不进行操作；

b4.对计数器进行减1操作，并返回执行步骤b3、b4，直至计数器M等于0时结束。

所述步骤C中，由所述通道增益处理模块，通过将采样结果逐个比较的方法找出正峰值和负峰值，再计算出振幅值；由所述的通道增益误差处理模块在通道增益处理模块计算出的增益基础上，通过比较两个通道最大振幅得出两个通道的增益误差。

所述步骤C中通道相位处理模块及通道相位误差处理模块的处理进一步包括：以过采样方式对固定频率的两个通道的正弦波输出信号的过零点进行检测；在采样周期为Tsample，两个正弦波输出信号过零点之间(T_E)存在n个采样点时，计算通道相位误差为n×Tsample。

所述的计算相位和相位误差，进一步包括：

(1)对两个通道的输出信号同时进行采样；

(2)将每一个周期中两个通道的采样数据按照采样顺序分别存放在两个堆栈寄存器中，每个通道每一个周期建立一个堆栈寄存器，两个同周期的堆栈寄存器的相同地址处存储相同采样时间时的采样数据；

(3)通过对堆栈寄存器中数据进行重新排序，寻找到两个通道信号的峰值，并通过求峰值的平均数值得到信号过零点的输入数据；

(4)在堆栈寄存器的数据中寻找过零点数据，对一个通道一个周期的过零点数据的地址进行标记，和将另一通道相同周期的该地址中的数据标记为过零点数据；

(5)对数据的极性进行计算；

(6)以一个通道过零点数据的地址为起始地址，以同一时间采样的另外一个通道的数据作为该通道的起始地址，读出该起始地址内数据的极性；

(7)数据极性为正，将两个通道起始地址中的数据数值加1，并在各自通道各周期内寻找与之相对应的数据，并分别存放在对应通道新堆栈寄存器中起始地址的位置加1处，连续操作直至将数据排列到正峰值，在数据极性为负时，将数据排列到负峰值；

(8)将数据按照相反的极性进行递增或递减排列；

(9)重复执行步骤(7)、(8)，直至将两个通道的全部数据按照新的顺序排列存放到新的堆栈寄存器内；

(10)寻找两个通道采样信号的峰值，通过求峰值的平均数值得到信号的过零点；

(11)利用重建后两个过零点数据在堆栈寄存器中的相对地址n，计算信道延迟及相位误差。

所述步骤(5)中对数据的极性进行计算进一步包括：对数据按照地址递增的顺序进行微分运算，在结果为正时标志数据极性为正，在结果为负时标志数据极性为负；对于处于极性转换之间的数据，按照峰值的差距及采样的步长决定其极性，当前一个采样的时间与采样周期之和小于1/4周期，则数据的极性与前一个采样的相同，否则则让极性与之相反。

所述的步骤(11)进一步包括：

计算采样单位间隔为T_unit，为T_unit＝T_signal/(M×N)，M是每个采样周期内的采样点数、T_signal为采样周期时间，N为采样周期；

计算相位误差T_PE为T_PE＝n×T_unit。

所述步骤C中通道延迟模块及通道相位误差处理模块的处理进一步包括：以一个通道正弦波输出信号的过零点为时间基准，测量该时间基准时该另外一个通道正弦波输出信号的幅度ΔV；根据两个通道正弦波输出信号的固定频率特征，获得两个通道正弦波输出信号过零点之间的时间差。

所述的获得两个通道正弦波输出信号过零点之间的时间差，是在寻找到一个I通道的过零点并作为参考，直接利用数学方法计算另一通道Q的相位误差，在该Q通道的相位误差为正时，Q通道相位超前I通道；在该Q通道的相位误差为负时，Q通道相位落后I通道。

还包括针对两个通道的增益不一致进行归一化调整。

所述的利用数学方法计算及归一化调整包括如下处理步骤：

(1)分别取I通道及Q通道的正、负峰值；

(2)分别计算I通道、Q通道的振幅A(I)、A(Q)，为通道正峰值与负峰值的差值，并计算增益补偿系数，为I通道、Q通道振幅的比值；

(3)分别计算I通道、Q通道的过零点，为通道正峰与负峰差值的二分之一；

(4)取与I通道过零点对应的Q通道的振幅值，和取与Q通道过零点对应的I通道的振幅值；

(5)计算I、Q通道归一化振幅误差，分别为I通道过零点减去Q通道振幅值与增益补偿系数的乘积，Q通道过零点减去I通道振幅值与增益补偿系数的乘积；

(6)分别计算I、Q通道相位，及通过对I、Q通道相位求平均获得相位误差。

还包括设置一个执行次数i，在i小于等于所需要的重复次数时，重复i次执行所述的计算与归一化处理步骤。

在进行信道延迟和信道相位误差测量时，需要在算法中实现从多周期过采样量化到单周期超过采样量化的转换，将周期性信号在数字域重建单周期样本，利用重建后样本的数据相对地址计算信道延迟和相位误差。

从多周期过采样量化到单周期超过采样量化的转换是先对被测信号分别进行过采样，采样数据各自依次存储在两个数字堆栈中，同一时间的采样数据存储在对应位置，然后以基准通道信号的过零点为准重组排序成为单周期超过采样样本。测量的起始和结束，可以由同一个信号作触发控制，从而不需要对触发电路作更加精密的控制。

通过两个超过采样样本的过零点的存储器地址，可以计算出两者之间的相位差；或者是通过对应于基准通道的过零点的被测信道的数据数值计算相位误差，在后一种方法中，需对两个超过采样样本进行增益的归一化调整。

对多信道测试信号的量化可以使用多个ADC同步进行，也可以共用一个ADC；两种方法对于增益和增益误差的测试精度无影响；对于相位和相位误差的测试，则前者精度较高，后者精度较低。

在数字处理前端，增加一个数字滤波器对采样信号先行处理，以降低噪声的影响，提高测量的准确度。

为排除测试过程中各种可能的偶然因素，提高测试准确度，采用自动多次重复测量，计算其平均值。

这种方法的优点在于不需要提高设备的速度和精度，但可以达到较高的测量精度。

本发明方法中的信道增益测量模块、信道增益误差测量模块，其测量的精度与模数转换器ADC的特性有关，当测量用输入信号的频率较低时，测量的精度较高，可以达到1ppm以上；当测量用输入信号的频率较高时，测量的精度较低，可以达到1％以上。

本发明方法中的通道延迟测量模块、通道相位误差测量模块，其测量的精度与模数转换器ADC的特性及测量用输入信号的频率有关，当测量用输入信号的频率不变时，ADC的精度越高则测量的精度越高；当ADC的精度不变时，测量用输入信号的频率越高则测量的精度越高。

附图说明

图1是传统测试的基本配置及原理示意图；

图2是利用差分结构测试振幅误差的配置及原理示意图；

图3是模拟信号的数字采样波形示意图；

图4是从多周期过采样到单周期超过采样的精确测量波形示意图；

图5是实现信号振幅精确测量的流程框图；

图6是在相同输入信号时由信道不同延迟导致的相位误差波形示意图；

图7是正弦波过零点波形示意图；

图8是采样数据的堆栈存储结构示意图；

图9是在数据堆栈中寻找过零点的示意图；

图10是两个信道的数据重组排序示意图；

图11是重新排序后过零点位置示意图；

图12是数据重建后的波形示意图；

图13是利用计算方法获得相位误差的流程框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

测试的配置与原理如同图1或图2，所不同的是信号源应该是能够产生周期性信号的测试信号发生器，测试仪用的是内含等效超过采样算法的仪器。

图4所示是利用多周期(M)过采样实现的精确测量波形示意图，图中，周期信号T_signal，该正弦波信号频率表示为F_sine，采样信号T_sample，采样信号频率表示为F_sample，是将M个信号周期T_signal内(M×T)采样点的相位均等分布，由于采样的相位在M个信号周期内各不相同，如果信号在各个周期内的变化小，则利用数字处理的方法，对M个周期内的量化结果进行折叠，由于相位的均匀分布，可以等效为一个周期T内的超过采样，T_unit＝F_sample/F_sine×M，这种方法可以在频率较高的场合获得较高的测试精度。

参见图5，是实现信号振幅精确测量的流程框图。

步骤501，将模数转换器输出摆幅的中间值MidValue存入正峰、负峰数据寄存器中，PosPeak＝MidValue，NegPeak＝MidValue；

步骤502，设一个周期内ADC的采样个数为M，将一计数器置成该数M；

步骤503，判断M是否为0，当M＝0时执行步骤511，当M不等于0时执行步骤504；

步骤504，取一个新的输入数据(New Input Data)；

步骤505，判断该新的输入数据是否大于正峰(PosPeak)，当新的输入数据大于正峰时执行步骤506，当新的输入数据不大于正峰时执行步骤507；

步骤506，在新的输入数据大于正峰时让新的输入数据替代正峰数据寄存器中的原有值，New Input Data＝PosPeak，并执行步骤509；

步骤507，当新的输入数据小于正峰则进一步判断该新的输入数据是否小于负峰(NegPeak)，低于负峰执行步骤508，不低于负峰执行步骤509；

步骤508，在新的输入数据低于负峰时让新的输入数据替代负峰数据寄存器中的原有值，New Input Data＝NegPeak，并执行步骤509；

步骤509，将低于正峰但高于负峰的新的输入数据存入序列存储器中，和将高于正峰、低于负峰的输入数据分别以正峰、负峰存入序列存储器中；

步骤510，让M＝M-1，并返回步骤503执行。

步骤511、512，当M＝0时，进入孔径处理器进行孔径效应处理，和进入采样重叠处理器对采样折叠后发生的ADC采样时间互相重叠的现象进行处理。本步骤可以选择操作。

设定振幅测量中允许的误差为з，允许的测量周期为N个，则：

  abs(sin(ω(t+t_sample))-sin(ωt))＜з

  abs(sin(ωt-t_sample)-sin(ωt))＜з

一个周期内ADC的采样个数： $M=\frac{2t_{\mathrm{signal}}}{t_{\mathrm{sample}}\×N}$

上述公式表明，测量误差决定ADC的精度，测量的周期及误差决定ADC的采样频率。

在振幅和增益误差的测量中，先进行振幅测量计算，是通过上述步骤将采样结果存入存储器，再对采样结果进行增益算法计算，采用逐个比较的方法找出正峰值和负峰值，再计算出振幅值，计算出增益。

增益误差是在计算出增益的基础上进行的，通过两个信道最大振幅的比较得出。

图7所示，对于固定频率的两个正弦波输出信号I信道与Q信道，测量其相位误差可以有两种方法：以过采样方式对正弦波过零点进行检测，如采样周期为Tsample，若在两个正弦波过零点(T_E)之间有n个采样点存在，则其相位误差为n×Tsample；以一个正弦波Q信道的过零点为基准，测量此时另外一个正弦波I信道的幅度ΔV，从固定频率特征等方面获得两个正弦波过零点之间的时间差T_PE。

可以采用从过零点处或从峰值处测量相位误差。上述两种方法均采用从过零点处测量相位误差，相对从峰值处测量容易。从下面的公式可以看出，从峰值处测量相位误差，除需要有与过零点处相同的ADC转换率外，还需要有更高的精度。

在过零点处有：

$\mathrm{\ΔV}=\sin {\left(2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{signal}}(t+T_{\mathrm{sample}})\right)}_{\sin \left(2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{signal}}t\right)=1}$

$=2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{signal}}{T}_{\mathrm{sample}}$

$\mathrm{\Γ}=\frac{T_{\mathrm{sample}}}{T_{\mathrm{signal}}};$

在峰值处有：

$\mathrm{\ΔV}=\sin {\left(2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{signal}}(t+T_{\mathrm{sample}})\right)}_{\sin \left(2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{signal}}t\right)=0}$

$=2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{signal}}{T}_{\mathrm{sample}}$

$\mathrm{\Γ}=\frac{T_{\mathrm{sample}}}{T_{\mathrm{signal}}}.$

本发明对于相位和相位误差的计算算法，则先要进行超过采样样本的生成，

具体方法是：

对两个信道CHANNEL I、CHANNEL Q同时进行采样，将每一个周期的采样数据按图8所示的堆栈寄存器结构存放，如周期N、周期N+1，两个堆栈寄存器的相同地址如D0、D1...，代表相同的采样时间，形成一个通道、一个周期、一个堆栈寄存器的结构。

将一个周期内的M个采样点按照采样顺序存放，N个周期的数据作M×N次处理。

然后对堆栈寄存器中数据进行重新排序，从前述的寻找峰值的方法(将大于正峰及小于负峰的输入数据定为midvalue，和保存位于正峰与负峰间的输入数据)，可以寻找到两个通道信号的峰值。通过求峰值的平均数值得到信号过零点的输入数据。

$V_{\mathrm{cz}\left(i\right)}=\frac{{\mathrm{PosPeak}}_i+{\mathrm{NegPeak}}_i}{2}$

$V_{\mathrm{CZ}}=\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{CZ}\left(i\right)}$

如图9所示，在数据中寻找过零点，假定在I信道的第N个周期的地址D1中的数据为过零点数据，则将其表示为ADDI[base]，与之相对应的第N个周期具有相同地址D1的Q信道的数据则表示为ADDQ[base]。

下面对数据的极性进行计算。

(1)对数据按照地址递增的顺序进行微分运算，如结果为正，则标志数据极性为正；否则为负。

(2)对于处于极性转换之间的数据，按照峰值的差距及采样的步长决定其极性。当前一个采样的时间与采样周期之和小于1/4个周期，则极性与前一个采样相同，否则，相反。

如图10所示，以ADDI[base]和ADDQ[base]为基准，将两个信道的数据进行重新排序。上半部分是信道I的数据重建，下半部分是信道Q的数据重建，上、下部分中左侧是重组前的堆栈寄存器结构，右侧是重组后的堆栈寄存器结构。

(1)ADDI[base]和ADDQ[base]地址D1的数据搬到新寄存器的起始地址处，将此地址标记为ADD[0]；

(2)读出地址ADDI[base]和ADDQ[base]中数据的极性；

(3)如果极性为正，将ADDI[base]和ADDQ[base]中的数据数值加1，在各自通道各周期内寻找与之相对应的数据，如I通道N+k周期中地址D3内的数据，和Q通道N+p周期中地址D15内的数据，分别存放在I、Q通道新堆栈寄存器中起始地址的位置加1处，如D2处；如果有多个相同极性和数值的数据，则对新堆栈寄存器中的地址依次加1，将它们的数据分别存放在新寄存器内的这些地址中；

(4)如果数据极性为正，数据排列到正峰值；如果数据极性为负，数据排列到负峰值；

(5)将数据按照相反的极性进行递增或递减排列；

(6)按照以上方法将数据存放在新的堆栈寄存器内，直至数据全部按照新的顺序排列后结束。

完成数据重组后，进行相位及相位误差的计算。

参见图11，如果Q信道的相位滞后于I信道的相位，Q信道的过零点出现在case1的位置，计算ADDI[base]和V_CZ(Q)之间的相对地址n的大小，则可以得到Q滞后于I的相位。

如果Q信道的相位超前于I信道的相位，Q信道的过零点出现在case2的位置，计算ADDI[base]和V_CZ(Q)之间的相对地址n-1的大小，则可以得到Q滞后于I的相位。

假设一个周期内采样点为M个，N个周期内采样数据的相位各不相同，由于总的采样点为M×N个，可以认为采样点之间的间隔是均匀的。设周期时间为T_signal，则可以简单的计算出单位间隔T_unit：

T_unit＝T_signal/(M×N)

相位误差可以计算为：

T_PE＝n×T_unit

图12中所示为数据重建后的波形示意图，上半部分是Q信道滞后于I信道的波形，下半部分是Q信道超前于I信道的波形。

计算相位误差的另一种方法，是在寻找到一个信道的过零点后，可以直接利用数学的方法对相位误差进行计算。

假定相位误差为t_PE，以I信道的过零点V_CZ(I)为参考，此时Q信道的数据数值ΔV＝AMP(Q)_ICZ，则：

Asin(2πf_signalt_PE)＝AMP(Q)_I_CZ-V_CZ(I)

A×(2πf_signalt_PE)＝AMP(Q)_I_CZ-V_CZ(I)

当t_PE为正时，Q信道相位超前I信道；当t_PE为负时，Q信道相位落后I信道。

使用这种方法时，由于两个信道的增益不一致会导致一定的误差，因此，需要针对增益进行归一化调整。

显然，由于使用超过采样算法，以上两种方法都可以准确地测量相位和相位误差。

参见图13，利用计算方法获得相位误差，全部的计算过程如下：

步骤131，取信道I的峰值，正峰PosPeak(I)，负峰NegPeak(I)，取信道Q的峰值，正峰PosPeak(Q)，负峰NegPeak(Q)；

步骤132，计算信道I的振幅A(I)，A(I)＝PosPeak(I)-NegPeak(I)，计算信道Q的振幅A(Q)，A(Q)＝PosPeak(Q)-NegPeak(Q)，计算增益补偿系数GainCopm，GainCopm＝A(I)/A(Q)；

步骤133，计算信道I的过零点，Icz＝(PosPeak(I)-NegPeak(I))/2，计算信道Q的过零点，Qcz＝(PosPeak(Q)-NegPeak(Q))/2；

步骤134，取与信道I过零点对应的信道Q的值AMP(Q)_Icz，取与信道Q过零点对应的信道I的值AMP(I)_Qcz

步骤135，计算归一化振幅误差，

  AMPError_Icz＝Vcz(I)-AMP(Q)_Qcz×GainCopm

  AMPError_Qcz＝Vcz(Q)-AMP(I)_Qcz/GainCopm

步骤136，计算相位误差，

    Δt1＝arcsin(AMPError_Icz)/2πf_signal)

    Δt2＝arcsin(AMPError_Qcz)/2πf_signal)

    Δt(i)＝(Δt1+Δt2)/2

步骤137，设置一个重复执行上述步骤的次数i，如果i＜＝10则进行重复直到i＝0时结束，i根据需要设置；否则，取平均值并结束。

在测试过程中，存在着测量仪器的误差、系统误差和不可预见的偶然误差等，为排除测试过程中各种可能的偶然因素，提高测试准确度，采用自动多次重复测量，计算其平均值。

为了增加测量的准确性，降低燥声的影响，需要利用数字滤波器对采样的信号先进行处理。数字滤波器的系数是浮点的，因此对数据的精度不产生影响；

数字滤波器的相位是线性的，对于一个固定频率的测试信号，其相位响应为一个常数；对一个固定频率的测试信号，其幅频响应为一个常数。

数字滤波器需要对50Hz-60Hz的电源噪声及其谐波和高频噪声进行抑制。同时，由于数字滤波器需要有一个初始化阶段，因此，前面Y(开始的Y个输出)个TAP(数字滤波器的阶数)的数据需要丢弃，但是不影响测量的准确性。

Claims (15)

1.一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于包括以下处理步骤：

A.由周期性信号发生器向被测通道输送周期性模拟信号，被测通道输出的模拟信号经模数转换器进行模数转换，获得模拟信号的采样、量化结果，送数字信号处理器；

B.数字信号处理器取周期性模拟信号N个周期内的采样、量化结果进行折叠，通过相位的均匀分布，等效为一个周期内的超过采样；

C.由数字信号处理器中的通道增益处理模块、通道增益误差处理模块、通道延迟处理模块及通道相位误差处理模块分别对该等效的超过采样数字信号进行通道增益、通道增益误差、通道延迟及通道相位误差计算。

2.根据权利要求1所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于所述步骤A中还包括：在模数转换器与数字信号处理器之间增加一个FIR数字滤波器，该FIR数字滤波器的幅频响应对应于单频测量信号是一个常数，该FIR数字滤波器的相位响应是线性的，对应于单频测量信号是一个常数。

3.根据权利要求1或2所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于：所述步骤A中的模数转换器，是对应每一个测量通道设置一个模数转换器。

4.根据权利要求1或2所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于：所述步骤A中的模数转换器，是对应全部测量通道设置一个模数转换器。

5.根据权利要求1所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于所述步骤B的采样折叠，进一步包括以下处理步骤：

b1.设置正峰及负峰数据寄存器，并将正峰及负峰数据寄存器置为模数转换器的输出中间值MidValue；

b2.设一个周期内进行模数转换的采样个数为M，并对一计数器置数M；

b3.取一个新的输入数据，当该输入数据大于正峰时，让该输入数据替代正峰数据寄存器中的原有值，当该输入数据小于负峰时，让该输入数据替代负峰数据寄存器中的原有值，对于小于正峰但大于负峰的输入数据不进行操作；

b4.对计数器进行减1操作，并返回执行步骤b3、b4，直至计数器M等于0时结束。

6.根据权利要求1所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于：所述步骤C中，由所述通道增益处理模块，通过将采样结果逐个比较的方法找出正峰值和负峰值，再计算出振幅值；由所述的通道增益误差处理模块在通道增益处理模块计算出的增益基础上，通过比较两个通道最大振幅得出两个通道的增益误差。

7.根据权利要求1所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于所述步骤C中通道相位处理模块及通道相位误差处理模块的处理进一步包括：以过采样方式对固定频率的两个通道的正弦波输出信号的过零点进行检测；在采样周期为Tsample，两个正弦波输出信号过零点之间存在n个采样点时，计算通道相位误差为n×Tsample。

8.根据权利要求7所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于所述的计算相位和相位误差，进一步包括：

(1)对两个通道的输出信号同时进行采样；

(2)将每一个周期中两个通道的采样数据按照采样顺序分别存放在两个堆栈寄存器中，每个通道每一个周期建立一个堆栈寄存器，两个同周期的堆栈寄存器的相同地址处存储相同采样时间时的采样数据；

(3)通过对堆栈寄存器中数据进行重新排序，寻找到两个通道信号的峰值，并通过求峰值的平均数值得到信号过零点的输入数据；

(4)在堆栈寄存器的数据中寻找过零点数据，对一个通道一个周期的过零点数据的地址进行标记，和将另一通道相同周期的该地址中的数据标记为过零点数据；

(5)对数据的极性进行计算；

(6)以一个通道过零点数据的地址为起始地址，以同一时间采样的另外一个通道的数据作为该通道的起始地址，读出该起始地址内数据的极性；

(7)数据极性为正，将两个通道起始地址中的数据数值加1，并在各自通道各周期内寻找与之相对应的数据，并分别存放在对应通道新堆栈寄存器中起始地址的位置加1处，连续操作直至将数据排列到正峰值，在数据极性为负时，将数据排列到负峰值；

(8)将数据按照相反的极性进行递增或递减排列；

(9)重复执行步骤(7)、(8)，直至将两个通道的全部数据按照新的顺序排列存放到新的堆栈寄存器内；

(10)寻找两个通道采样信号的峰值，通过求峰值的平均数值得到信号的过零点；

(11)利用重建后两个过零点数据在堆栈寄存器中的相对地址n，计算信道延迟及相位误差。

9.根据权利要求8所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于所述步骤(5)中对数据的极性进行计算进一步包括：对数据按照地址递增的顺序进行微分运算，在结果为正时标志数据极性为正，在结果为负时标志数据极性为负；对于处于极性转换之间的数据，按照峰值的差距及采样的步长决定其极性，当前一个采样的时间与采样周期之和小于1/4周期，则数据的极性与前一个采样的相同，否则则让极性与之相反。

10.根据权利要求8所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于所述的步骤(11)进一步包括：

计算采样单位间隔为T_unit，为T_unit＝T_signal/(M×N)，M是每个采样周期内的采样点数、T_signal为采样周期时间，N为采样周期；

计算相位误差T_PE为T_PE＝n×T_unit。

11.根据权利要求1所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于所述步骤C中通道延迟模块及通道相位误差处理模块的处理进一步包括：以一个通道正弦波输出信号的过零点为时间基准，测量该时间基准时该另外一个通道正弦波输出信号的幅度ΔV；根据两个通道正弦波输出信号的固定频率特征，获得两个通道正弦波输出信号过零点之间的时间差。

12.根据权利要求11所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于：所述的获得两个通道正弦波输出信号过零点之间的时间差，是在寻找到一个I通道的过零点并作为参考，直接利用数学方法计算另一Q通道的相位误差，在该Q通道的相位误差为正时，Q通道相位超前I通道；在该Q通道的相位误差为负时，Q通道相位落后I通道。

13.根据权利要求12所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于还包括针对两个通道的增益不一致进行归一化调整。

14.根据权利要求13所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于所述的利用数学方法计算及归一化调整包括如下处理步骤：

(1)分别取I通道及Q通道的正、负峰值；

(2)分别计算I通道、Q通道的振幅A(I)、A(Q)，为通道正峰值与负峰值的差值，并计算增益补偿系数，为I通道、Q通道振幅的比值；

(3)分别计算I通道、Q通道的过零点，为通道正峰与负峰差值的二分之一；

(4)取与I通道过零点对应的Q通道的振幅值，和取与Q通道过零点对应的I通道的振幅值；

(5)计算I、Q通道归一化振幅误差，分别为I通道过零点减去Q通道振幅值与增益补偿系数的乘积，Q通道过零点减去I通道振幅值与增益补偿系数的乘积；

(6)分别计算I、Q通道相位，及通过对I、Q通道相位求平均获得相位误差。

15.根据权利要求14所述的一种通道增益及增益误差、延迟及相位误差的测量方法，其特征在于：还包括设置一个执行次数i，在i小于等于所需要的重复次数时，重复i次执行所述的计算与归一化处理步骤。

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