TIADC高速数据捕获和时间失配补偿的FPGA实现

时间交错并行采样模拟数字转换器(TIADC)模拟前端特有的多通道分时交替采样结构不可避免地引入了通道失配问题,并且给其后端多通道高速数据的捕获、缓存和处理带来了很大的设计挑战。本文针对上述技术难题,利用FPGA和SoPC技术特点,着重开展模块化TIADC通用数字后端系统设计技术研究。分别实现了对TIADC系统模拟前端多通道分时交替高速输出数据的实时捕获、多通道拉格朗日时间失配实时数字后补偿、数据的存储及传输等功能。分析表明,本文提出的数字后端系统设计方案具有良好的通用性,其模块化特性易于拓展并适用于不同的TIADC系统架构。测试结果表明本文实现的4*80MS/s12bit TIADC数字后端系统工作稳定,采用6阶拉格朗日插值滤波器使系统获得了平均25dB的SFDR性能提高。

一种TIADC系统误差自适应联合补偿算法

针对时间交替并行采样系统(time-interleaved analog-to-digital converter,TIADC)通道间存在直流偏置误差、增益误差和时钟失配误差的问题,提出一种基于自适应的误差联合补偿算法。该算法设计了新的系统时序和基于子通道的误差补偿模型,采用多输入的自适应结构,实现对3种误差的联合补偿。理论分析和仿真结果表明,新算法结构简单,运算量小,具有良好的抗噪声性能,同时算法对带通信号有良好的适用性。当ADC量化位数为16时,系统的信纳比能够提升约37 d B,无杂散动态范围能够提升约50 d B。

用于中红外痕量气体检测的光电信号高速采集系统设计

在中红外波段,大多数气体分子吸收光谱的线宽都很窄,因此红外光电探测器输出信号为窄脉冲信号。对此脉冲信号的处理要求前置放大器必须兼具精度与速度,而对放大器输出信号的采集也需要在保证带宽的情况下尽量提高数字化的精度。本文中设计了高速并行采样电路,利用两片双通道高速ADC实现了1GSPS的采样速度与12bit的垂直分辨率。信号链的最后一环是FPGA数据处理电路,我们应用CORDIC算法对采集系统的时间误差进行了校正。本文最后给出了光电信号高速采集电路的设计与测试结果,在输入参考信号频率为100MHz时,采集系统整体信噪比达到60d B,无杂散动态范围达到70d B。