下一代航空航天、国防、试验和测量系统的带宽正从几十MHz扩展到几百MHz乃至GHz量级的瞬时带宽。相控阵雷达、5G无线通信试验系统、电子战和数字示波器的发展趋势正将带宽推向更高,并显著增加系统对高速高分辨模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)的迫切需求,使得时域交织ADC(Time-Interleaved ADC,TIADC)成为世界各国竞相研究的焦点。TIADC是一种用于提高高分辨率ADC采样率的有效技术。理想情况下,TIADC由多个完全一致的ADC芯片(或内核)按时间交替采样方式工作,以使采样率成倍提升,而分辨率保持不变。然而,由于制造离散性以及老化、电压和温度等的变化,实际的TIADC将受到ADC通道失配的影响。这些失配(例如直流偏置、增益和定时失配)将在输出信号上产生虚假成分,导致系统性能的恶化。通道失配校正成为决定TIADC系统能否实际应用的关键。论文围绕TIADC线性失配误差的低复杂度的快速盲自适应校正,在误差分析建模、频域校正算法、时域校正算法、高精度时间补偿滤波器设计、电路设计与算法实现等方面开展理论和技术研究,主要工作和创新点如下:第一,针对TIADC中存在的直流偏置、增益、定时等线性失配和带宽失配问题,分析它们的特点以及对输出信号的影响,探讨频域建模方法,提出一种基于频域自适应滤波的线性误差校正算法。第二,针对双通道TIADC的定时误差校正问题,提出一种基于循环自相关的数字盲校正算法。其基本思想是用循环自相关函数来构造一个系统误差测量函数,由于其具有严格凸性,可以很容易的求解该优化问题。同时,算法采用分析/综合滤波器方法来实现校正网络结构。通过合理设置参数和Taylor近似,简化了校正网络结构和失配参数估计算法。第三,针对任意通道TIADC的线性误差校正问题,提出一种基于一阶统计量的全数字失配校正方法。该方法针对宽平稳输入,通过五步迭代实现直流偏置、增益和时间失配的精准校正。该方法具有复杂度低,收敛速度快等优点,且易于模块化实现,可用于TIADC线性失配的快速在线盲校正。第四,针对TIADC定时误差的高精度补偿问题,提出一种FIR滤波器的加权最小二乘(weighted least square,WLS)优化设计。该方法有效克服了离散化谱参数法设计在保证精度的前提下计算量过大的问题。论文给出了滤波器系数WLS最优闭合解的推导过程。算法所设计的分数延时数字滤波器可用于高精度的动态时间补偿。最后,论文给出了一个400MHz、12bit双通道TIADC系统的软硬件设计,来验证算法和系统设计的有效性。
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