高速宽带TIADC并行采集系统非均匀失配动态补偿研究

Nowadays, the most effective method to acquire high sampling speed as much as possible and maintain sampling precision, is to build Time-interleaved ADC (TIADC) parallel sampling system. However, TIADC technique relies on the exact matching of channels, otherwise it will result in signal nonuniform sampling and degrade the system’s performance seriously. .To this high speed broadband TIADC parallel acquisition system, based on digital signal processing to realize channel mismatches dynamic compensation is the key innovative research of this project: (1)Based on nonlinear neural network system modeling, studying the novel blind estimation method to extract the channel nonuniform mismatches fast and accurately. (2)Based on inverse control method of multivariable nonlinear system, designing nonuniform synthesized reconstruction algorithm with self-adaptive ability and high real-time performance for the nonuniform sampling system. (3)Designing digital bandwidth compensation algorithm base on parallel processing technology to reduce the complexity of analog implementation, and correct channel frequency response mismatch that introduced by nonuniform sampling, meet the broadband signal test needs. (4)Based on ultra broadband digital prototype oscilloscope, completing the engineering verification of this project’s algorithm.

ADC时间交替(Time-interleaved ADC，TIADC)并行采样技术是现有条件下实现高速率高精度数据采集系统的最有效方法之一。然而，TIADC结构依赖于各通道间参数的精确匹配，否则将导致采样信号的非均匀，严重降低系统性能。.针对高速宽带TIADC并行采集系统，基于数字信号处理实现通道失配误差的动态补偿是本项目要解决的关键问题，拟展开如下创新性研究：(1) 拟引入神经网络的非线性系统建模，研究新的盲估计方法，快速、准确地提取规模化并行采样通道失配非均匀误差；(2) 拟研究多变量非线性系统的逆控制方法，设计具有自适应能力和高实时性的非均匀采样信号综合重构算法；(3) 基于并行处理技术进行带宽数字补偿，降低模拟实施的复杂性，提高系统的测量带宽，校正通道频率响应失配所引入非均匀，满足宽带信号的测试需要；(4) 基于超宽带数字示波器原型机，完成本项目研究方法的工程化验证。

TIADC并行采样技术是现有条件下，最大限度提高实时采样率，并保持采集精度的最有效方法之一。然而，TIADC并行采样技术依赖于各通道间参数的精确匹配，有必要对多通道采样数据进行动态重构以降低通道失配误差对采样的影响。项目组通过引入神经网络预测、非线性系统的逆控制以及频率响应在线补偿，开展了TIADC并行采集系统非均匀信号重构研究：. 研究了规模化ADC阵列模数转换新体系结构，针对通道间存在的通道失配误差，基于动态模型利用神经网络进行非线性系统建模，并将自适应逆控制的思想应用于多变量非线性系统的校正中，采用自适应策略实现多通道失配误差综合动态补偿；并基于分数延时滤波器实现的数字后处理技术，对采样数据进行数字补偿，提高系统校正性能。. 围绕提高系统的测量带宽，项目组基于自适应滤波，结合带宽增强以及频响失配补偿，给出了基于并行设计的在线数字后处理，解决了随频率变化的失配误差的有效补偿，提高了算法的动态适应能力，弥补了器件离散性和工艺等方面局限，保证了系统信号采集的高保真性；提出了一种多通道频域补偿的快速校正方法，对宽带采集系统进行频域快速校正。. 搭建了宽带数字示波器实验平台，并对上述相关算法的进行了实验验证，完成了实验数据分析。研究解决了采样速率20GSPS带宽4GHz的高速信号综合重构问题。.在基金的资助下，项目组共发表期刊论文和高水平国际会议论文16篇，其中SCI检索7篇，EI检索9篇；申请美国发明专利2项，申请中国发明专利14项；获得全国优秀博士论文提名奖2项；培养博士研究生1人，硕士研究生6人。前往国外知名高校从事学术访问1人次。研究成果的应用使复杂电子信号的高速高精度采样性能得到了大幅提高，打破了国外机构从芯片技术上的垄断，弥补了我国元器件发展水平滞后对时域测试仪器造成的影响，缩短与发达国家的差距，有力地促进国内测试技术与仪器行业的进步，具有良好的社会效益以及经济效益预期。