TIADC系统误差自适应估计及补偿方法

时间交替并行采样模数转换器结构(TIADC)是提高系统采样率的一种有效方法。TIADC结构的实现过程中不可避免的会引入时间失配误差、增益误差和偏置误差从而导致系统的信噪比降低。针对上述问题,提出一种基于可变步长最小均方算法(VSS-LMS)的TIADC失配误差自适应估计方法。该方法可以同时完成对时间失配误差和偏置误差的估计,并根据估计得到的失配误差参数对失配误差进行校正。仿真结果表明,该自适应估计方法每通道仅需要不超过128个采样点即可以完成对失配误差的估计。最后在实际的时间交替并行采样系统中验证了该算法的有效性,该算法可以使得校准后的并行采样系统的信噪比提高20 dB。仿真与实验结果表明,所提出的算法可以有效提高TIADC系统的性能。     

误差提取自适应修正的前馈式TIADC校准算法

在纯数字域设计实现了一种针对时间交织模数转换器采样时间失配误差的前馈式校准算法。定义了一种误差提取函数,并针对其导数求算中存在的误差提出了自适应的修正方法,从而提高在输入信号频率较高时误差提取的准确度;为了降低误差提取单元的复杂性,采用了以减法实现的误差提取函数和基于LMS的除法器;采用基于一阶泰勒补偿的方式完成时间失配误差的实时校正。仿真结果表明,应用于4通道14 bit时间交织模数转换器(TIADC)系统,当输入信号为多频信号时,系统动态性能无杂散动态范围(SFDR)从48. 6 dB提高到80. 7 dB。与传统基于前馈校准结构对比,可以将输入信号带宽从0. 19提高到0. 39,提高了校准算法的应用范围。     

适用于 TIADC 时间误差校准的斩波调制算法

传统的时间交织模数转换器(TIADC)时间误差斩波调制校准算法无法向多通道推广,改进的时间误差斩波调制校准算法将单通道与相邻通道输出相加后分别斩波再求和来提取出时间误差,使其能适用于任意通道误差的提取,时间误差补偿采用一阶泰勒近似来实现,避免了传统算法中复杂滤波器设计。然而,当输入信号频率超过子通道奈奎斯特频率时,校准算法的校准方向会出错,从而导致校准失败。因此,设计了一种校准方向修正算法,能够满足整个系统奈奎斯特频率范围内的有效校准。仿真结果表明,应用于一个4通道、1 GS/s、12位的TIADC,当输入信号频率为450 MHz时,系统的信号噪声畸变比(SNDR)由28.4提高到73.1 dB,系统的无杂散动态范围(SFDR)由30.7提高到88.9 dB。     

基于参考通道随机化的 TIADC 校准算法

提出了一种针对时间交织模数转换器(time interleaved ADC,TI-ADC)通道间失配误差的基于参考通道的后台校准算法。该算法利用参考通道与同采样时刻TI-ADC子通道ADC输出差值估计待校准子ADC的失配误差,然后从系统输出中减之实现自适应误差补偿;为了克服当TI-ADC系统前端不存在单独输入缓冲器时,参考ADC通过输入网络耦合对TI-ADC产生干扰问题,进一步加入随机化技术,减少残余失配误差产生毛刺;该校准系统可以实现3种主要失配误差的同时有效校准,对输入信号带宽没有限制。应用于12位1 GS/s TI-ADC系统,当输入信号频率为470 MHz时,FPGA验证结果表明,校准后无杂散动态范围(SFDR)提升了44.14 dB,达到76.16 dB。     

带参考通道的时间交叉ADC数字后台校准方法

设计实现了一种带参考通道的时间交叉ADC(TIADC)通道误差数字后台实时校准方法。参考通道ADC与TIADC各个子通道ADC依次对齐,对同一输入信号在同一时刻进行采样并转换,输出差值被用在数字后台LMS自适应校准算法中以计算通道间的失配误差估计值,实现对各通道失调失配、增益失配和采样时刻失配造成误差的实时校准。FPGA实验结果表明,应用于12 bit,4通道,采样频率400 MS/s的TIADC中,归一化输入频率fin/fs=0.134时,在失调误差、增益误差和采样时钟误差分别为5%FSR、5%和1%Ts条件下,校准后信号噪声失真比(SNR)和无杂散动态范围(SFDR)分别提高了约19.61 d B和28.28 d B,为73.83 d B和86.15 d B,有效位达到11.96位。本校准方法计算复杂度低、易于硬件实现,能够应用于任意通道数的TIADC校准。     

基于等效采样的TIADC通道失配校准方法

本文针对TIADC(时域交替模数转换器)的通道失配校准存在过程复杂、计算量大的问题,设计了一种高效的通道失配校准方法。基于等效采样原理,将单个ADC多个周期的采样数据重叠显示在一个周期内,通过比较各个ADC重叠波形的平均值、幅值范围和相位,即可实现同时校准偏移失配、增益失配和时间失配,免除了频域转换或正弦拟合等步骤。仿真和实际测试结果表明,本文方法能准确测量上述失配误差,在显著提升TIADC性能的同时,能有效降低校准的复杂性,减小运算量。     

时间交替ADC系统通道时钟延迟的多频正弦拟合算法

时间交替ADC系统(TIADC)各个通道之间存在的时钟延迟失配会导致系统输出信号失真。减小系统输出失真的许多校准方法都是以准确估计各个通道时钟延迟为前提的。利用多频正弦拟合算法对输出数据进行拟合,并结合TIADC系统输出频谱表达式,获得各个通道时钟延迟。该方法不需要专门的测试信号和额外电路,对TIADC系统通道数量及采样率亦无限制。仿真及实验表明,该算法可有效获得TIADC系统的时钟延迟。     

单相H桥级联型APF模型预测控制方法研究

针对单相H桥级联型有源电力滤波器(active power filter,APF),提出一种基于模型预测控制的单目标预测控制法。通过建立电流跟踪误差的指标函数,将输出电平作为控制变量,选取使指标函数值最小的输出电平,实现对参考电流的跟踪。结合改进的电压排序法,采用子模块电容电压的改进平衡控制策略,实现子模块电容电压平衡,并降低了器件的平均开关频率。对输出电流模型预测控制的稳态误差进行理论分析,探索了系统参数与系统补偿性能的关系。与传统控制方法相比,该方法无需考虑复杂的参数整定与权重系数设计,且具有计算量少与易于数字化实现等优点。搭建了H桥级联型APF仿真平台,仿真结果表明,APF系统可快速补偿中压大容量系统中的谐波电流,具有优越的动、静态性能。     

TI-ADCs非线性误差的多级校正算法研究

在分时交替模数转换器（TI-ADCs）系统各项误差的校正中,目前大多方法是针对高速（GSPS）中低精度（≤16bit）TI-ADCs系统的误差校正算法,且对非线性误差的研究较少,提出了一种适用于高精度（24bit）TI-ADCs系统的非线性失配误差校正算法。首先提取输入信号经过系统后的含非线性误差输出数据,根据截断的Volterra级数误差模型并借助矩阵变换与最小二乘法（LS）估计出误差系数,然后使用误差重构的多级校正方法来补偿系统的动态非线性误差,得到校正前后的频谱对比图。在单频、多频等频率间隔和不等频率间隔正弦输入情况下进行仿真,四级校正后TI-ADCs系统的SFDR分别由22.91dBc、11.12dBc和11.14dBc提升到了104.45dBc、96.74dBc和99.25dBc。结果表明,该方法对TI-ADCs系统的非线性误差在Nyquist频带内的校准在理论上是有效的,对高精度系统校正效果良好。     

相位域 ADC 偏移误差检测及补偿技术

相位域模数转换器(Ph-ADC)利用正交IQ通道来提取相位信息,但IQ通道偏移误差会导致系统误码率(BER)升高.针对以上问题提出一种基于帧采样的同相正交(I/Q)偏移误差提取方法,并采用梯形积分法进行补偿.相关传统方法,该方法可以节省因内存访问,数据延迟以及系统对每个样本中断响应而浪费的时间.通过建立π/4 DQPSK解调,6-bit Ph-ADC,Eb/No为12 dB的数字调制系统来验证所提出相位域ADC偏移误差检测及补偿技术,仿真结果表明,当输入信号频率为450 kHz,I/Q偏移误差为10％时,系统的信号噪声畸变比(SNDR)由7.02提高到37.22 dB,系统的无杂散动态范围(SFDR)由17.37提高到38.74 dB,ENOB由1.03提升为5.89,校准后该方法可以使系统BER降低到10-5数量级,使误差矢量幅度(EVM)小于15 dB.     

复合控制在电流补偿装置中的仿真研究

对差异化H桥级电流质量补偿装置进行理论分析,差异化级联拓扑结构包括基频模块和高频模块。将系统电流中的谐波电流和基频无功电流作为高频模块和基频模块的指令电流,引入PI控制和自适应模糊控制并联的电流控制方法,分析并联控制器的设计方法,以减小系统稳态误差和提高输出电流波形跟踪精度。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真建模仿真验证了这种差异化结构和提出的PI与自适应模糊算法并联的控制方法是可行和有效的。     

矢量网络分析仪硬件性能对测量结果的分析

不断改进的校准方法和校准件的性能极大地提高了矢量网络分析仪的测量精度,但随着矢量网络分析仪测量频率范围的进一步拓宽,矢量网络分析仪的硬件性能逐渐成为了影响测量精度的关键因素。本文以单端口矢量网络分析仪为例,分析了3个系统误差项对测量结果的影响。这3项系统误差都是由矢量网络分析仪硬件性能的不完善引起的,分别是由定向耦合器引起的方向性误差、激励信号源到测试端口的损耗及定向耦合器的耦合度引起的反射跟踪误差、激励信号源的阻抗不匹配引起的源匹配误差。通过分析理清了其对测量结果的影响机理,该结论对于改进矢量网络分析仪的性能具有指导性意义。     

实现相位和频率检测解耦的快速锁相环

同步旋转坐标锁相环(SRF-PLL)及其改进型锁相环的相位与频率紧密耦合,电压相位发生突变而频率不变的情况下,检测得到的频率会经历一个暂态过程,导致频率检测的不准确。为此,在准一阶锁相环(QT1-PLL)结构基础上,增设解耦单元,提出改进型准一阶锁相环(MT1-PLL),实现相位与频率检测的解耦。为提高MT1-PLL对不对称、谐波等的抗干扰能力,将级联延迟信号消除法(CDSC)滤波与数学运算滤波结合成前置滤波模块,提取基波正序电压。该前置滤波模块能够滤除2次谐波,且整个滤波过程耗时仅为0.635个周期。同时,考虑了电网频率偏移、信号采样频率的影响,采用误差前馈的方法补偿它们在滤波模块造成的相位误差。最后,在PSCAD/EMTDC中设置各种工况,仿真验证了MT1-PLL、滤波模块以及相位误差消除方法的有效性。     

压力变送器非线性校准及温度补偿方法的研究

新研制或生产的压力变送器需对它的技术性能指标进行全面检测,保证量值的精准输出。压力传感器经过一段时间储存积累使用或修理后也要对它主要的技术性能进行二次检定,保证其性能指标达到要求标准。现实生产中及工作环境的影响导致其输出产生非线性输出,因此提出一种基于三阶非线性多项式的逆模型进行压力变送器的非线性校准和采用改进粒子群优化算法的小波神经网络模型对其进行温度补偿校准。经过非线性校准后的输出最大绝对误差和常用的端基平移法相比,最大绝对误差从6.0265减小到了0.3086,经过改进粒子群优化算法进行温度补偿校准后的输出精度从0.386%降低到0.091%,实现了压力变送器高精度的输出。     

基于在线地磁指纹的航迹校准算法

设计一个行人航迹推断定位系统(PDR),该系统包括鞋载可穿戴MEMS惯性传感器模块、蓝牙通信模块、和用于执行校准算法的智能手机端.鞋载惯性导航模块利用位置估算、零速修正和步伐检测等算法获取消防人员位置估计,并通过低功耗蓝牙通信模块将消防员位置估计传到智能手机.在手机端,利用智能手机自带地磁传感器及加速度传感器提取姿态无关的三维地磁指纹,根据姿态无关三维地磁指纹生成正、反向地磁轨迹,将消防员位置估计与地磁轨迹相关联,再通过DTW子序列算法实现地磁轨迹精准匹配,实现消防员航迹校准,从而有效解决惯性导航中累计误差无法消除的难题,最终实现消防员室内复杂场景精确定位.大量测试实验表明,该系统在办公室和超市两种典型应急消防救援场景分别可获得80％绝对误差1.4～2m以内.     

井下1140V链式静止同步补偿器系统的设计研究

基于链节H桥单元模块,将多电平调制技术应用于链式静止同步补偿器（ STATCOM ）系统中,并对H桥模块关键参数进行分析与设计。同时,结合反馈解耦控制理论与APF控制技术,研究一种适合于煤矿井下无功和谐波综合电流质量补偿系统,对井下电网电能质量进行优化。最后,搭建1140V 链式STATCOM试验平台,实验证明STATCOM装置能够实现无功和谐波的综合补偿,补偿效果较好。