CN1351779A - A/d转换偏移误差校正 - Google Patents

Abstract

一种A/D转换偏移误差校正装置,包括一A/D转换器(10),用来将模拟信号转换成数字信号。一译码器(12),用来将数字信号译码成二进制信号;一转换器(20),用来将二进制信号转换成等效的译码过的数字信号;一提供装置(16,18,24),用于通过平均数字信号和被译码的数字信号之间的差以形成偏移误差估计值。一加法器(26)在后面的信号被译码之前,从这些数字信号中减去偏移误差估计值。

Description

A/D转换偏移误差校正

技术领域

本发明涉及A/D转换，尤其是一种用于A/D转换偏移误差校正的方法和装置，以及A/D转换偏移误差补偿译码方法和装置。

发明背景

传统的A/D转换器具有10-14位的解。但是不是所有的位都有效，因为在4-6倍最小有效位的范围内通常为0偏移误差。通常这一偏移误差是随时间缓慢变化的，但是在第一次逼近操作中，可以被认为是一个为常数，该常数表示A/D转换器的特征，且不同的A/D转换器是不同的。由这种偏移误差引起的一个问题是，如果噪声电平足够高的话，可能导致错误的译码器的位或者符号的译码。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种A/D转换偏移误差校正的方法和装置，该方法和装置在信号被译码之前从进行过A/D转换的信号中估计偏移误差并且将其减去。

本发明的另一个目的是提供A/D转换偏移误差补偿译码的方法和装置。

这些目的根据后面提出的专利保护的权利要求来实现。

简单地说，本发明根据译码过程本身可能用于确定偏移误差的结果。通过从进行过A/D转换的信号中减去一个等于一个被译码的信号数字信号，剩余的数字信号将仅仅包含偏移误差和噪声。如果该信号在整个时间内被平均，则噪声将平均到0，并且只留下偏移的一个估计值。通过从后来的进行过A/D转换的信号减去这一偏移估计值，这一经过偏移校正的信号的译码将会更加稳定。可以说译码过程中的SNR(信噪比)得到提高。

附图说明

本发明进一步的目的和优点，将结合附图参考以下说明得到最好的理解，其中：

图1表示进行译码前，进行过A/D转换的数字信号的时序图；

图2表示图1中的数字信号译码后的时序图；

图3表示图1中的数字信号的噪声部分的时序图；

图4表示图1中的数字信号的偏移误差的时序图；

图5为根据本发明的偏移误差校正装置的实施例的方框图；

图6为表示交错A/D转换器的方框图；

图7表示来自图6中的交错A/D转换器的进行过A/D转换的数字信号在译码之前的时序图；

图8表示图7中的数字信号在译码之后的时序图；

图9表示图7中的数字信号的噪声部分时序图；

图10表示图7中的数字信号的偏移误差的时序图；

图11表示根据本发明交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的实施例的方框图；

图12表示根据本发明交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的另一实施例的方框图；

图13表示与图10类似的图7中的数字信号的平均偏移误差时序图；

图14表示根据本发明交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的又一实施例的方框图；

图15表示根据本发明的偏移误差校正方法的实施例的流程图；

图16表示根据本发明交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的又一实施例的方框图；

图17表示根据本发明交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的又一实施例的方框图；

图18表示根据本发明交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的又一实施例的方框图。

详细描述

在以下的描述中，相同的附图标记用于所有附图中相同或相近的组件。

此外，以下的定义将用于后面的描述：

模拟信号是指具有模拟值的一个连续时间信号。

数字信号是指具有数字值的离散时间信号(取样)，每个数字信号由不只一个位描述。

二进制信号是指仅具有二进制值的离散时间信号(每一个值都以0或1来描述)。

由偏移误差引起的关于译码的问题，将参考图1-4来描述。

图1是表示在译码之前，一个进行过A/D转换的数字信号s(t)的时序图。时间轴表示0电平，并且作为判定边界。负取样被译码为“0”，同时正取样被译码为“1”。图中指出了对应于“0”和“1”的数字值。

图2是表示图1中的数字信号译码之后的时序图。图2中被译码的信号

表示被译码的队列110010101111。图中实际上给出的不是这个队列，而是与数字取样等效的队列，其中每一个取样具有一个对应于二进制“0”或二进制“1”的值。

图3是表示图1中的数字信号的噪声部分n(t)的时序图。将这一噪声假定为附加白高斯噪声(AWGN)。

图4是表示图1中的数字信号的偏移误差o(t)的时序图。这个偏移基本上是一个常数，并且对于不同的A/D转换器是变化的。

信号s(t)可以写成： $s\left(t\right)=\hat{s}\left(t\right)+n\left(t\right)+o\left(t\right)$

通过从s(t)中减  去 并且平均差别得到的是： $E\[e\left(t\right)\]=E\[s\left(t\right)-\hat{s}\left(t\right)\]=E\[n\left(t\right)+o\left(t\right)\]$

如果假设n(t)和o(t)是不相关的，并且n(t)具有0平均值，得到：

E[e(t)]＝E[n(t)]+E[o(t)]＝E[o(t)]

由于偏移误差被假设为近似常数，最后得到一个校正估计值： $\hat{o}=E\[e\left(t\right)\]$

这导致以后的被偏移校正的信号： $s\left(t\right)-\hat{o}=\hat{s}\left(t\right)+n\left(t\right)+o\left(t\right)-\hat{o}\≈\hat{s}\left(t\right)+n\left(t\right)$

因此，被校正的信号将仅包括被译码的数字信号和噪声。

在将被描述的实施例的大部分，将省略一个组件，因为这一组件对于解释本发明的原理通常是不必要的。这一组件是位于A/D转换器和译码器之间的滤波器。该滤波器可以包括，例如，低通滤波器，补偿器，回声消除器或者快速傅立叶变换装置(FFT)。

图5是表示根据本发明的偏移误差校正装置的实施例的方框图。模拟信号被传送到一A/D转换器10，该转换器将模拟信号转换成数字信号s(t)。这一数字信号在译码器12中被译码为二进制信号。所述装置没有任何偏移误差校正。根据本发明，提供了一个偏移校正单元14。该单元包括分别用来将数字信号s(t)的N个取样和被译码的二进制信号的数字表述 对应的N个取样相加的两个求和单元16和18。通常N是一个较大的数，例如10⁴-10⁶(N对于消除噪声信号n(t)来说应该足够大)。一个二进制到数字的转换器20，由译码器12将二进制位转换成等价的数字表示

。一个加法器22，从信号s(t)的被累计的取样中减去信号

的被累计的取样。组件24，将这一差除以N，以形成估计的偏移校正

加法器26在译码器译码之前从数字信号s(t)的后面的取样中减去估计的偏移校正

。所述偏移误差估算可以被周期性地重复以补尝例如由于文图变化所导致的在A/D转换器中产生的缓慢变化。

另一种偏移误差估计方法用下面的公式不断更新估计的偏移误差： $\hat{o}\left(t\right)=\mathrm{\λ}\hat{o}(t-1)+(\mathrm{\λ}-1)e\left(t\right)$ 其中λ是一个小于但是接近1的常数值，例如0.999，并且： $e\left(t\right)=s\left(t\right)-\hat{s}\left(t\right)$

图6是说明交错A/D转换器的方框图。这样的一个A/D转换器包括几个A/D转换组件10-1...10-M。每一个A/D转换组件10-1...10-M接收同样的模拟信号，但是仅有其中一个组件在给定的采样时间段对信号进行转换。在整个控制线T-1...T-M上的一个定时控制器30控制在一个给定的取样瞬间由哪一个A/D转换器对所述模拟信号进行取样和转换。这是以循环的方式执行的。结果是从该组A/D转换组件中获得一组时间交错的数字取样。这些数字取样通过时间多路复用单元32被转换成数字取样流s(t)。信号s(t)被传送到译码器12中。使用这一装置的原因是能够用慢速A/D转换器获得较高的采样率。关于交错(也称为并行的)A/D转换器的更详细的描述可以在[1，2]中找到。

下面将参考附图7-10描述由交错A/D转换器的偏移误差的带来的影响。

图7-10与图1-4类似。主要的差别是图10中的偏移误差o(t)不再是如图4中的DC(直流)电平，因为每一个A/D转换器具有其自己的偏移误差。这导致图7与图1相比之下，出现稍微有些差别的数字信号s(t)。图8中被译码的信号

是与图2中所示的信号同样的信号，并且图9中的噪声n(t)是与图3中所示的信号同样的信号。实质上，被译码的信号在图2和图8中相同的，而且应该将其视为异常而不是规律，因为变化的偏移信号可以改变信号s(t)使之足够改变至少一些取样的译码。

图11是根据本发明的为交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的实施例的方框图。为了不与下面的附图混淆，假定一个包括4个A/D转换组件的交错A/D转换器。但是，可以理解，已经描述过的原理对任何数量N的A/D转换组件都是有效的。

图1l的实施例是由图5中的实施例的自然导出的结果。通过提供分离的译码器12-1...12-4，偏移校正单元14-1...14-4和加法器26-1...26-4用于每一个A/D转换组件10-1...10-4，每一个A/D转换组件将获得一个校正值，该校正值适用于它的偏移。同时应该注意的是，在这一实施例中时间时间多路复用单元32将多路复用二进制信号。

图11的实施例有点复杂，因为它需要将每一个A/D转换组件的组件12、14和26分开。图12是根据本发明的交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的另一个实施例的方框图，其中减小了复杂度。在这一实施例中，一普通的译码器12用来将来自所有的A/D转换组件12-1...12-4的多路数字取样进行译码。被译码的信号被传送到所有的校正单元14-1...14-4。由于已经有时间信号T-1...T-4为有效值，这些信号通过与A/D转换组件同样的方式被用来控制这些校正单元。

图13是表示图7中的数字信号的平均偏移误差 的与图10类似的时序图。尽管在交错A/D转换器中的每一个A/D转换组件都具有自己的偏移误差，偏移误差信号的结果o(t)将是周期性的(如图中所示)，并且具有平均偏移

。平均偏移表示整个转换器的DC电平或者普通偏移。如果仅用于DC电平，它被认为足够校正，该校正方法与图11-12的实施例相比，将会非常简单。

图14是根据本发明的仅用于平均偏移

的校正的为交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的实施例的方框图。在这种情况下，可能使用与一个交错A/D转换器相同的装置作为非交错A/D转换器。因此，图14的实施例使用与图5中的实施例相同的偏移校正装置。但是，应该记住的是，在图5的实施例中，改变了整个偏移误差，图14中的实施例仅改变了偏移误差信号o(t)的DC电平。

图15是表示本发明的偏移误差校正方法的流程图。流程从步骤S1开始。步骤S2进行A/D转换，将模拟信号转换成为数字信号(包括偏移误差)。步骤S3对数字信号进行滤波。步骤S4进行译码，将进行过滤波的数字信号变成二进制信号。步骤S5将进行过译码的二进制信号转换成等价的数字形式。步骤S6通过平均进行过A/D转换、并进行过滤波的数字信号与进行过译码的数字信号之间的差别确定偏移误差。步骤S7从后面的进行过A/D转换、并进行过滤波的信号中减去这一偏移误差。步骤S8结束这一流程。这一流程在周期性的时间间隔可以重复执行，用来解决缓慢的偏移改变的问题。

到此为止，本发明已经参考二进制信号的译码，例如具有1位长度的符号，进行了一个初步的描述。但是本发明同样适用于包括不只1位的符号的译码，例如，QAM(正交调制)信号。在这种情况下，偏移将通过一个偏移向量(用于符号的每一位的偏移)转移到调制组。

图16是根据本发明的为交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的又一实施例的方框图。这一实施例尤其使用于在4点组中QAM信号的A/D转换和译码。这种调制类型每一个符号需要2个相邻位。在图16的实施例中，A/D转换组件10-1和10-2用来数字化，例如以奇数标号的符号，而A/D转换组件10-3和10-4用来数字化以偶数标记的符号。独立的偏移校正

和

由奇数和偶数标记的符号确定。因此这一实施例处于图11和14的实施例之间。在图11中，每一个A/D转换组件为偏移补偿，但是在图14中，一个普通的偏移被整个交错A/D转换器确定。在图16中，一个独立的普通偏移被每一对A/D转换组件确定。

一个适用于QAM信号的被偏移补偿的交错A/D转换器的另一个实施例可以根据图12的实施例。在这一A/D转换器中，每一个A/D转换组件的偏移都被校正。关于与图12中描述的实施例的差别是，在每一个符号的第一位被译码的值是未知的，直到整个符号被译码。因此，校正方法可以被假设为：

1.对于奇数符号，在校正单元14-1和14-2中译码并且分别平均A/D转换组件10-1和10-2的误差。

2.对于偶数符号，在校正单元14-3和14-4中译码并且分别平均A/D转换组件10-3和10-4的误差。

图17是实现这一方法的偏移误差校正装置的实施例的方框图。在图17中，由定时控制器30控制的开关34将被译码的奇数符号直接加到校正单元14-1和14-2上，并将被译码的偶数符号直接加到校正单元14-3和14-4上。通过这种方式，独立的偏移校正向量将被形成，以用于奇数和偶数符号。

本发明也可以用在多载波系统中，例如用于DMT(离散多话音)调制解调器ADSL(不对称数字用户线)和VDSL(极高速数字用户线)，OFDM(正交频分多路复用)系统DAB(数字音频广播)，DVB(数字视频广播)，Wlan(无线本地网络)。在这些系统中，调制组也通过偏移误差向量转移。

在将被描述的实施例的大部分，将省略一个组件，因为它对于解释发明原理来说是不必要的。这一组件是位于A/D转换器和译码器之间的滤波器。这样一个滤波器可以包括一个低通滤波器，一个补偿器或一个快速傅立叶变换(FFT)。

图18是根据本发明的交错A/D转换器设计的偏移误差校正装置的另一实施例的方框图。这一实施例对DMT或OFDM应用是有用的。在图18的实施例中，一个FFT组件36将数字信号分离到不同的子信道。图中假定有16条信道。但是，这一数字只是表示原则上的选择。一般都应该有2″条子信道，其中n的范围是4-10。每一条子信道有其自己的译码器和偏移校正装置。如果假设为QAM调制，FFT组件36将把16个符号转换成16个数字傅立叶系数。每一个傅立叶系数(复数)将被分别(向量)偏移补偿。由于FFT为线性操作，能够理解的是，这一实施例实际上将执行一个完全偏移补偿用于所有的A/D转换组件。

典型地，根据本发明的偏移误差校正是通过一个或几个微处理器或者微/信号处理器组合以及相应的软件来实现的。

本发明具有如下优点：

1.可以解决交错A/D转换器(具有不同的偏移的不同A/D转换器)中的偏移匹配问题。

2.是一个纯数字方法，其平均值中没有额外的噪声附加到信号中。

3.不需要专门排队。

4.可以提高转换能力，因为被减小的偏移误差意味着更高的SNR(信噪比)。

5.本方法实际上在传送方的D/A转换器中也校正了DC偏移。

容易理解的是，对于熟知本领域技术的人员来说所做的各种修改的改变可以不偏离本发明的精神和范围，在以下的权利要求中有所定义。

参考文件

[1]专利号US4968988(Takahiro Miki等)

[2]专利号US5585796(Christer M.Svensson等)

Claims (16)

1. A/D转换偏移误差校正方法，其特征在于，

将模拟信号转换成数字信号；

对所述数字信号滤波；

将所述进行过滤波的数字信号译码成二进制信号；

将所述二进制信号转换成等效的被译码的数字信号；

通过平均所述进行过滤波的数字信号与所述进行过译码的数字信号之间的差，形成一个偏移误差估计值；以及

在译码之前，从后面的进行过滤波的数字信号中减去所述的偏移误差估计值。

2. A/D转换偏移误差补偿译码方法，其特征在于，

将模拟信号转换成数字信号；

对所述数字信号滤波；

将所述进行过滤波的数字信号译码成二进制信号；

将所述二进制信号转换成等效的被译码的数字信号；

通过平均所述进行过滤波的数字信号与所述进行过译码的数字信号之间的差

别，来形成一个偏移误差估计值；

从后面的进行过滤波的数字信号中减去所述的偏移误差估计值，以此产生进行过偏移误差校正的数字信号；以及

对所述进行过偏移误差校正的数字信号进行译码。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在一个交错A/D转换器的每一个A/D转换组件中，独立地进行偏移误差校正。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在一个交错A/D转换器的A/D转换组件组中，独立地进行偏移误差校正。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在一个交错A/D转换器的每一个A/D转换组件中，以相同的被估计出来的偏移误差进行偏移误差校正。

6.根据以上权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于，不断地更新所述偏移误差估计值。

7.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，周期性地重复执行所述的平均步骤。

8.根据以上权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于，所述滤波步骤包含对所述数字信号的快速傅立叶变换。

9.一种A/D转换偏移误差校正装置，其特征在于，

装置(10；10-1...10-4)，用于将模拟信号转换成数字信号；

装置(36)，用于对所述数字信号进行滤波；

装置(12；12-1...12-4)，用于对所述进行过滤波的数字信号译码成二进制信

号；

装置(20)用于将所述二进制信号转换成等效的进行过译码的数字信号；

装置(16，18，24)，用于通过对所述进行过滤波的数字信号和所述进行过译码的数字信号之间的差进行平均以形成一个偏移误差估计值；以及

装置(26；26-1...26-4)，用来在译码之前，从后面的进行过滤波的数字信号减去所述偏移误差估计值。

10.一种A/D转换偏移误差补偿译码装置，其特征在于，

装置(10；10-1...10-4)，用于将模拟信号转换成数字信号；

装置(36)，用于对所述数字信号进行滤波；

装置(12；12-1...12-4)，用于对所述进行过滤波的数字信号译码成二进制信号；

装置(20)，用于将所述二进制信号转换成等同的进行过译码的数字信号；

装置(16，18，24)，用于通过对所述进行过滤波的数字信号和所述进行过译码的数字信号之间的差进行平均以形成一个偏移误差估计值；

装置(26；26-1...26-4)，用来从后面的进行过滤波的数字信号减去所述偏移误差估计值，以此产生偏移误差校正数字信号，以及

装置(12；12-1...12-4)，用于对所述偏移误差校正数字信号进行译码。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，装置(12-1...12-4，14-1...14-4，26-1...26-4)在一个交错A/D转换器的每一个A/D转换组件(10-1...10-4)中，独立地进行偏移误差校正。

12.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，装置(12-1...12-4，14-1...14-4，26-1...26-4)在一个交错A/D转换器的每一个A/D转换组件组(10-1，10-2，10-3，10-4)中，独立地进行偏移误差校正。

13.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，装置(12，14，26)用来在一个交错A/D转换器的每一个A/D转换组件(10-1...10-4)中，以相同的被估计出来的偏移误差进行偏移误差校正。

14.根据权利要求9-13中任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，具有不断地更新所述偏移误差估计值的装置。

15.根据权利要求9-13中任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，具有周期性地重复执行所述的平均步骤的装置。

16.根据权利要求9-14中任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，所述滤波装置包括装置(36)对所述数字信号进行快速傅立叶变换。

Images