时间交替采集系统通道失配误差校准及带宽扩展方法研究

Data acquisition instrument, employed as an essential constituent unit in mixed-signal processing systems, is the only bridge that connects the real analog world and the virtual digital world, as well as the cornerstone of modern signal processing. Recently, time-interleaved analog-to-digital converters (TI-ADCs) has become one of the research focuses in high-speed data acquisition systems, which has excellent prospects in satellite monitoring, ultra-wideband radar, electromagnetic spectrum measurement, and other application for military reconnaissance. In this research subject, we will focus on the digital optimization methods to improve the dynamic performance of TI-ADCs, which include adaptive blind calibration algorithm for frequency-dependent nonlinearity mismatches, optimization methods for the versatility and complexity of joint calibration algorithms for mixed mismatches in M-channel TI-ADCs, and the design methods of bandwidth extension filters with high reconfigurability. The expected research results could help in elevating the capture capability and performance of the military reconnaissance systems, and have important scientific significances and engineering values.

数据采集设备作为混合信号处理系统中的重要组成单元，是连接真实的模拟世界和虚拟的数字世界之间的唯一桥梁，是支撑现代信号处理的基石。TI-ADCs作为当前高速数据采集领域的研究热点之一，在卫星监测、超宽带雷达、电磁频谱测量等军事侦察领域有着巨大的应用前景。本项目重点研究TI-ADCs系统的数字优化方法，包括频率相关非线性失配误差的自适应盲校准算法、M通道混合失配误差的联合盲校准算法的通用性和复杂度优化，以及具有高可重构性的带宽扩展滤波器的设计方法，以提升TI-ADCs的动态性能。相关研究成果将有助于提升军事侦察系统的捕获能力和性能，具有重要的科学研究意义和工程应用价值。

本项目围绕TI-ADCs通道失配误差校准和模拟带宽数字扩展技术展开，提出了若干失配误差自适应盲校准算法以及ADC/DAC的通道平坦度优化方法，能够有效提升TI-ADCs的有效动态性能，使其更好的满足雷达、电磁频谱监测等军事侦察领域的需求。取得主要研究成果如下：.（1）频率相关非线性失配误差的自适应盲校准算法方面。提出了一种低复杂度非线性失配校准方法，利用Hadamard变换构造误差，显著降低了算法的资源开销。提出了一种适用任意信号带宽的非线性失配盲校准方法，利用信号和失真的相关性构建损耗函数，提升算法对窄带信号的适用性。.（2）线性和非线性混合失配误差的联合盲校准算法及其高效实现方面。提出了一种带宽失配低复杂度盲校准方法，并将非线性失配盲校准方法扩展至混合失配误差。提出了一种全并行频率响应失配自适应盲校准方法及其FPGA高效实现结构，利用快速滤波算法有效的提升了实时补偿速度，利用Downsampling Signed-FxLMS自适应系数估计方法，极大的节约了资源消耗和算法延时。提出了一种新的TI-ADCs的时延失配补偿架构，能够更加显著的提升补偿后的SFDR性能。.（3）ADC/DAC模拟带宽数字扩展技术方面。提出了一种基于最小二乘FIR滤波器的TI-ADCs系统带宽扩展方法，给出了滤波器阶数估计函数和参数配置方法，可有效扩展TI-ADCs系统的带宽。提出了一种基于最小二乘算法和minimax算法的DAC预加重补偿滤波器设计方法，并提出了一种基于改进型Cook-Toom算法的全并行结构，可显著降低滤波器实现所需的硬件开销和工作频率。.（4）高速高精度交错采集硬件平台。设计实现了12.8GSps 12bit时间交错采集系统，为项目所提出算法的性能验证提供了硬件平台支撑。.本项目组在IEEE TCAS-II、CSSP、AICSP、IEEE ISCAS等国内外刊物和会议上发表SCI论文7篇，EI论文7篇，申请发明专利3项，培养博士研究生2人，硕士研究生5人，较好地完成了项目的预期目标。