基于自適應濾波和泰勒級數的TIADC失配誤差校準方法與流程

本發明涉及一種tiadc失配誤差校準方法，尤其涉及一種基于自適應濾波和泰勒級數的tiadc失配誤差校準方法，屬于儀器儀表領域。

背景技術：

并行采樣系統(tiadc)會由于器件的非理想特性，而產生偏置誤差、增益誤差、時間相位誤差。雙通道tiadc模型如下圖1所示，采樣率為fs，采樣周期為ts。參數g0,o0,δt0分別為通道0的增益誤差、偏置誤差和時間相位誤差，參數g1,o1,δt1分別為通道1的增益誤差、偏置誤差、和時間相位誤差。實際工作中以通道0作為參考通道，需要對通道1的增益誤差、偏置誤差和時間相位誤差g1,o1,δt1進行估計并校正，最終使得g1＝g0,o1＝o0,及δt1＝δt0，從而完成對整個系統的失配誤差校正。

如圖1所示，標準信號源同時輸入通道0和通道1,以通道0作為參考，經過adc離散化后兩個通道的數據表示如下：

其中x0(k)表示為通道0的采樣數據，x1(k)表示為通道1的采樣數據。通道1的數據和通道0的數據之間的關系可以表述為

x1(k)＝(1+g1)x0(k+0.5-δt1/2)+o1(2)

對tiadc中三個主要誤差的校正技術集中在兩個大的方向，即失配誤差的非盲估計及校正算法和盲估計及校正算法。失配誤差的非盲估計校正算法需要定期對采集系統注入激勵信號以獲取系統的誤差參數，非盲估計及校正算法會影響采集系統工作的實時性。盲估計及校正算法不需要定期對采集系統注入激勵信號，在采集系統對被測信號測量的同時完成對系統誤差參數的估計及校正。現有的盲估計及校正算法在三個主要誤差的估計過程中大多采取閉環回路的方式進行參數估計。雖然盲估計及校正算法不需要定期對采集系統注入激勵信號，但是現有的盲估計校正算法需要的采樣點數非常大。一次估計校正過程需要的采樣點數大多超過10000個并且計算量復雜，這對采集系統的計算和存儲都產生了較高的要求，不適合在手持示波器這類便攜儀器中使用。事實上對于一個硬件設計良好的tiadc系統，系統的三個失配誤差不會在短的時間內劇烈變化，非盲估計校正算法經過一次校正后計算獲得的系統參數在一定時間之內依然可以為整個tiadc系統帶來信噪比的提升。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種基于自適應濾波和泰勒級數的tiadc失配誤差校準方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于自適應濾波和泰勒級數的tiadc失配誤差校準方法，包括以下步驟：

步驟1：通道信號采集：將標準信號源x(t)＝sin(wint)同時輸入通道0和通道1；標準信號源的角頻率頻率win滿足：

ts為采樣間隔時間，通道0為參考信道，通道0和通道1間隔采樣間隔時間ts交錯采樣，通道1采樣信號x1(k)為：

x1(k)＝(1+g1)x0(k+0.5-δt1/2)+o1(2)

其中x0(k)為通道0的采樣信號，g1,o1,δt1分別為通道1的增益誤差、偏置誤差和時間相位誤差；

步驟2：估計通道1的采樣信號的偏置誤差

步驟3：校正通道1的偏置誤差：

式中為經過偏置誤差校正后的通道1的采樣數據；

步驟4：分數延遲濾波：將經過偏置誤差校正后的通道1的采樣數據輸入分數延遲濾波器濾波，分數延遲濾波器的系統傳遞函數為:

其中d＝0.5，(5)

經過分數延遲濾波處理后的通道1的采樣數據的一階泰勒級數展開為

x'0(k)為的導數，其計算方法為：

x'0(k)＝[-x0(k+2)+8x0(k+1)-8x0(k-1)+x0(k-2)]/[(48×π×f0)/fs](7)

步驟5：用自適應濾波器估計通道1的增益誤差g1和時間相位誤差δt1。

自適應濾波器包括加權系數w0調整部件、加權系數w1調整部件，第一至第二累加器，通道0的采樣數據x0(k)輸入加權系數w0調整部件，通道0的采樣數據的導數x'0(k)輸入加權系數w1調整部件，加權系數w0調整部件、加權系數w1調整部件的輸出送入第一累加器，第一累加器的輸出與通道1的濾波數據在第二累加器相減，第二累加器的輸出用于控制加權系數w0調整部件、加權系數w1調整部件，按照預設的調節步長調整加權系數w0和加權系數w1，直至第二累加器的輸出的均方誤差不再減小結束；

偏置誤差g1的估計值為：

時間相位誤差δt1的估計值為：

步驟6：校正通道1的增益誤差和時間相位誤差：

式中，為校正的通道1的采樣數據，為時間相位誤差校正濾波器的系統傳遞函數。

基于自適應濾波和泰勒級數的tiadc失配誤差校準方法包括1個參考通道和1個以上校準通道，各校準通道均采用與通道1相同的校準方法。

采用上述技術方案所取得的技術效果在于：

1、本發明具有需要采樣點數少，計算量較少等特點，適用于手持示波器等便攜采集設備。

2、本發明同樣適用于多通道tiadc系統。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是tiadc系統模型；

圖2是本發明的流程圖；

圖3是本發明的自適應濾波器的原理框圖。

具體實施方式

實施例1：

如圖2所示，一種基于自適應濾波和泰勒級數的tiadc失配誤差校準方法，包括以下步驟：

步驟1：通道信號采集：將標準信號源x(t)＝sin(wint)同時輸入通道0和通道1；標準信號源的角頻率頻率win滿足：

ts為采樣間隔時間，通道0為參考信道，通道0和通道1間隔采樣間隔時間ts交錯采樣，通道1采樣信號x1(k)為：

x1(k)＝(1+g1)x0(k+0.5-δt1/2)+o1(2)

其中x0(k)為通道0的采樣信號，g1,o1,δt1分別為通道1的增益誤差、偏置誤差和時間相位誤差；

步驟2：估計通道1的采樣信號的偏置誤差

步驟3：校正通道1的偏置誤差：

式中為經過偏置誤差校正后的通道1的采樣數據；

步驟4：分數延遲濾波：將經過偏置誤差校正后的通道1的采樣數據輸入分數延遲濾波器濾波，分數延遲濾波器的系統傳遞函數為:

其中d＝0.5，(5)

忽略分數延時濾波器通帶內的紋波，經過分數延遲濾波處理后的通道1的采樣數據為：

由于δt1/2本身是一個遠遠小于1的項，對一個硬件設計良好的tiadc系統而言通常δt1/2≤0.05。故對公式(6)進行泰勒級數展開并忽略二階以上的項得

經過分數延遲濾波處理后的通道1的采樣數據的一階泰勒級數展開為

x'0(k)為的導數，使用通道0的采樣數據，完成對計算，其計算方法為：

x'0(k)＝[-x0(k+2)+8x0(k+1)-8x0(k-1)+x0(k-2)]/[(48×π×f0)/fs](8)

步驟5：用自適應濾波器估計通道1的偏置誤差g1和時間相位誤差δt1。

如圖3所示，自適應濾波器包括加權系數w0調整部件、加權系數w1調整部件，第一至第二累加器，通道0的采樣數據x0(k)輸入加權系數w0調整部件，通道0的采樣數據的導數x'0(k)輸入加權系數w1調整部件，加權系數w0調整部件、加權系數w1調整部件的輸出送入第一累加器，第一累加器的輸出與通道1的濾波數據在第二累加器相減，第二累加器的輸出用于控制加權系數w0調整部件、加權系數w1調整部件，按照預設的調節步長調整加權系數w0和加權系數w1，直至第二累加器的輸出的均方誤差不再減小結束；

偏置誤差g1的估計值為：

時間相位誤差δt1的估計值為：

步驟6：校正通道1的置誤差和時間相位誤差：

式中，為校正的通道1的采樣數據，為時間相位誤差校正濾波器的系統傳遞函數。

實施例2：與實施例1的區別在于還包括通道2，通道2采用與實施例1中通道1相同的校準方法。