将模拟输入信号转换成数字输出信号的方法和转换器装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于在模拟-数字转换器(ADC)的非线性模型中参数识别的方法 和转换器装置,以及使用该信息来减少该ADC的非线性失真。线性化的ADC构成了数字-模 拟转换器(DAC)的线性化和线性传输系统及测量设备的设计的基础。
【背景技术】
[0002] ADC和DAC是众所周知的。ADC和DAC是在输出信号中产生谐波、互调 (intermodulation)以及其它非线性失真分量的具有非线性传输特性的转换器装置。该非 线性失真能够通过向DAC提供的数字输入信号xD的预处理或通过由ADC产生的数字输出 信号yD的后处理进行补偿。
[0003]在出版物"MeasurementScienceReview,Volume10,no. 2, 2010" 中的"用于 ADC误差测试及其按比例测量补偿的方法(AMethodforADCErrorTestingandits CompensationinRatiometricMeasurements) " 中,K.Hariharan通过使用简单多项式逼 近以及参数的最佳估计来补偿ADC的静态误差。
[0004] 在美国专利6, 229, 467中,J.Eklund还通过将测定直方图与预期直方图进行比较 来校正ADC的输出信号中的静态误差。在美国专利8, 410, 960中,H.Hekstra使用迭代方法 来减少ADC的校正输出信号中的频谱平坦度。在美国专利6, 271,781中,L.Pellon描述了 动态误差校正其需要高质量的发生器。在美国专利6, 445, 319中,A.Bugeja披露了专门捕 捉在瞬时模拟输入值Vin与数字输出值Vwt之间的传输函数的静态非线性的补偿技术。在 美国专利7, 129, 879中,A.Glibbery描述了用于检测ADC的静态比特误差的方法。
[0005] 在"Measurement31 (2002),35-45Elsevier"的"通过ADC和DAC的线性化的全数 字宽带接收机的性能改进(PerformanceImprovementofAll-digitalWideBandwidth ReceiverbyLinearizationofADCandDAC) " 中,D.Hummel开发了一种动态补偿方法, 来改进描述正弦波测试信号的幅度和模拟输出信号最大振幅非线性失真分量之间dB差的 无杂散动态范围(SFDR)。这种方法仅限于在ADC的采样和保持电路中通过转换速率(slew rate)生成的失真。
[0006] 在ISCASMay15-19,RiodeJaneiro, 2011,pp. 989-992 的"通过数字化后处理的 ADC线性化(LinearizationofADCviaDigitalPostProcessing)"中,Y.Yang通过使用 S.Boyd等在"IEEETrans.Circuitssystems,vol. 30N〇. 8,pp. 571-577,Aug. 1983"的"测量 Volterra内核(MeasuringVolterraKernels)" 中的范德蒙矩阵(Vandermondematrix) 和频率选择方法,确定了Volterra模型n维传输函数。
[0007] 在"2012IEEE,ICASSP,S. 3581-3584"的"应用于ADC非线性的后补偿的盲 Volterra系统线性化(BlindVolterrasystemLinearizationwithApplicationsto PostCompensationofADCNonlinearities) "中,K.Shi米用了Volterra逼近来为AD转 换器装置的非线性传输行为建模。此过程要求信号是带受限的,并且存在用于由ADC生成 的失真的分析的自由频谱范围。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是通过对ADC输出信号y'D的适当处理来补偿由ADC生成的非线性 失真,以及生成线性化的数字输出信号yD。对于任何模拟输入信号yA都将实现失真的充分 减少。在ADC的原理、结构和性能上没有进行限制性的假设。此外,不存在关于在所需的信 号中生成的失真的物理原因的先备知识。
[0009] 本发明使用非线性系统识别来估计提供了关于非线性ADC模型的信息的ADC参数 矢量PAD。ADC参数矢量基本上独立于模拟输入信号yA,并且只有当ADC具有例如由环境 温度或其它外部影响改变的时变属性时才需要进行更新。非线性系统识别使用失真ADC输 出信号y'D或线性化的数字输出信号yD。如果测试音调或多音调复合体被用作模拟输入信 号yA,则可以跳过非线性ADC模型的充分识别。在这种情况下,只有选择的参数被识别,该 选择的参数是由特定激励生成的失真的补偿所需要的。这简化并加速了识别过程,并提高 了整个系统的鲁棒性。
[0010] 根据本发明,非线性系统识别使用通过使用数字控制信息Ppy来生成的第一扰动 信号Si。第一扰动信号Si与模拟输入信号yA不相干。第一扰动信号si被叠加至模拟输入 信号yA以生成扰动输入信号y'A,扰动输入信号y'A被转换为数字ADC输出信号y' D。
[0011] 生成扰动输入信号y'A可以通过使用DAC和其它模拟分量来实现,其中,固有的非 线性可以生成附加的DAC失真nDA;1,该DAC失真nDA;1也被提供给ADC的输入。但是,由DAC和ADC分别生成的非线性DAC失真nDA,JPADC失真n^具有不同的性质。只有非线性ADC 失真nAD包含由ADC的非线性生成的模拟输入信号yA和第一扰动信号si的互调乘积。只要 第一扰动信号Sl与模拟输入信号yA不相干,这些互调乘积就不包括在DAC的DAC失真nDA,: 中。该重要的条件可以在第一扰动信号Sl的生成和在下面的参数识别中通过使用模拟输 入信号yA的性质来进行满足。如果不知道激励的性质,则需要模拟输入信号yA或者ADC输 出信号y'D的额外的测量。
[0012] 第一扰动信号Sl的频谱性质即其频谱分量的振幅和相位可以通过数字控制信息 Pp;1来改变。这确保了扰动信号S:和模拟输入信号yAi间的不相干性并且允许确定ADC参 数矢量PAD。
[0013] ADC参数矢量Pm的非线性识别所需的第一扰动信号si通过ADC并且在ADC输出 信号y'D中呈现为附加信号分量。该信号分量也可以在AD补偿元件中通过使用描述了扰 动信号81的性质的第一控制信息pU来进行补偿。
[0014] 本发明的另一个特征是专门通过第一扰动信号Sl和模拟输入信号yA之间的互调 来确定ADC参数矢量PAD。该互调仅可以在叠加扰动信号Sl和模拟输入信号yA之后在信号 路径中进行生成。因此,所有模拟硬件分量可以是非线性的并且生成两个信号之一的谐波 和其它非线性失真,而由于模拟输入信号yA和扰动信号s:之间的不相干性这将不会影响 ADC参数矢量的识别。因此,ADC的线性化省掉了识别在第一模拟源中固有的非线性以 及补偿在扰动信号Sl中的非线性失真。
[0015] 本发明也可用于DAC的线性化。在补偿由ADC生成的失真之后,线性化的ADC用 于获得模拟DAC输出信号x'A。ADC输出信号y'D包含由在DAC中固有的非线性所生成的非 线性失真。这些失真是用于估计DAC参数矢量PDA的基础,该DAC参数矢量PM描述了由DAC 非线性的非线性失真的生成。所识别的DAC参数矢量PDA被用于生成DAC输入信号x' D,该DAC输入信号x'D包括数字输入信号xD和合成的DAC补偿信号cM,该DAC补偿信号cDA补 偿在下面的DAC中生成的失真nDA;(l。
[0016] 本发明也可用于线性化测量链,该测量链包括数字波形生成器、线性化的DAC、在 试设备(DUT)、线性化的ADC以及信号分析器。为了从由DUT生成的失真中分离由DAC生成 的失真,第二扰动信号82被叠加至DAC输出信号x'A。该第二扰动信号82也应当与DAC的 数字输入信号xD以及与第一扰动信号si均不相干。
[0017] 通过下面的图示、详细描述和权利要求书对本发明的这些和其它特征、益处以及 技术可行性进行进一步描述。
【附图说明】
[0018] 图1示出了用于建模非线性的ADC的框图。
[0019] 图2示出了用于线性化ADC的第一装置。
[0020] 图3示出了用于通过使用第二ADC来线性化第一ADC的替代装置。
[0021] 图4示出了建模测量链的框图。
[0022] 图5示出了通过使用开关来线性化测量链的第一实施例。
[0023] 图6示出了通过使用第二扰动信号来线性化测量链的替代实施例。
[0024] 图7示出了AD-补偿元件的实施例。
[0025] 图8示出了扰动信号的源的实施例。
[0026] 图9示出了DA-补偿系统的实施例。
[0027] 图10示出了参数估计器的实施例。
[0028] 图11示出了对于i= 1,2的非线性系数估计器的具体实施例。
【具体实施方式】
[0029] 图1示出了ADC17的模型,其包含具有传输函数HAD(s)的线性元件25和非线性 元件27,它们的输入端提供有模拟输入信号yA。它们的输出信号通过加法器35求和,以生 成数字输出信号。
[0030] yD= 1ad+iiad⑴
[0031] 该线性信号可以使用卷积运算*、拉普拉斯算子s以及逆拉普拉斯变换I71 {}而表 示为
[0032] 1ad=L{Had (s)} *yA (2)
[0033] 非线性失真信号
[0034]
【主权项】
1. 一种转换器装置(3),所述转换器装置(3)用于将模拟输入信号5^转换为数字输出 信号yD,所述转换器装置包括: 第一输入端子(15),用于接收模拟输入信号yA; 第一模拟源(135),被配置和布置为基于第一控制信息Piu生成第一扰动信号si,以使 得所述扰动信号S1与所述模拟输入信号yAF相干; 第一链接设备(77),被配置和布置为基于所述第一扰动信号si和模拟输入信号^生 成扰动输入信号y'A; 第一ADC(17),具有非线性传输函数,并且被配置和布置为基于所述扰动输入信号y'A 生成ADC输出信号y'D,由此ADC输出信号y'D包含由ADC(17)的非线性所产生的非线性ADC 失真nAD; 参数估计器(49),被配置和布置为基于所述ADC输出信号y'D和所述第一控制信息PP,i生成ADC参数矢量Pad,该参数矢量Pad描述了第一ADC(17)的非线性传输特性; AD补偿元件(63),被配置和布置为基于所述ADC参数矢量Pad和所述ADC输出信号y'D 生成数字输出信号yD,以使得在所述数字输出信号yD中减少ADC(17)的非线性ADC失真nAD; 以及 第