[发明专利]一种提高模数转换器动态范围的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种本发明涉及数字通信领域中的模拟信号到数字信号的转换装置和方法，特别是涉及一种提高模数转换器动态范围的装置和方法。

背景技术

在数字通信中，模数转换器负责模拟域到数字域的映射，模数转换器的动态范围直接限制了数字域所能获得的最高信噪比。因此，如何提高模数转换器的动态范围成了数字通信中关键点。

现有的旨在提高ADC动态范围的方法主要有三种：

前置对数放大器：在ADC之前将模拟信号经过一个对数放大器，将高电平信号压缩到ADC的最大量程以内实现ADC动态范围的提高。首先，由于对数放大器的非线性会残留到ADC的采样输出中，因此对对数放大器的线性度有着很高的要求。其次，对数放大器在零附近反向并且趋于负无穷的特性需要特别的处理，这增加了实现难度。

多级量化：对采样保持电路之后的电平信号进行逐次逼近量化，得到高精度的量化输出，典型的包括Two-Step和Pipelined两种结构。这种方法在当下的ADC产品中应用广泛，但是这种结构针对的是如何精确的获取采样保持信号输出电平的量化结果，话句话说，这种结构处理的目标信号是固定的电平信号，而不是变化的信号。受制于工艺和材料的影响，这种方法受到积分非线性、差分非线性和量化噪声的影响严重，价格高昂，并且只能在产品设计初期实施，在售芯片的这种结构是不可更改的。

信号预测：预测模块根据ADC的采样信号对下一时刻的模拟信号进行预测，DAC将预测信号转变到模拟域并和模拟信号相减得到误差信号，误差信号经过放大处理被ADC采样后和预测模块输出相加得到最终结果。这种方法通过采用精确的预测算法和额外的一片DAC可以有效的提高ADC的动态范围，但其缺点在于信号的相干时间不得短于预测环路的延时，否则误差信号的功率不会得到明显降低，而这意味着模拟信号的带宽受限。

发明内容

本发明的目的在于解决宽带信号的模数转换器采样中动态范围受制于非线性和量化噪声的问题，提供一种提高模数转换器动态范围的装置和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提高模数转换器动态范围的装置，其特征在于：包括AGC功分模块、模数转换器ADC1、数字移相增益模块、模拟延时器1、高动态数模转换模块、加法器、滤波放大模块、模拟延时器2、模数转换器ADC2、数字延时器、联合器、参数搜索/估计模块和控制接口，AGC功分模块的两路输出分别与模数转换器ADC1和模拟延时器1连接，模数转换器ADC1的输出端与数字移相增益模块连接，数字移相增益模块的输出分别与数模转换器DAC1和数字延时器连接，模拟延时器1和高动态数模转换器的输出分别与加法器的两个输入端连接，加法器的输出与滤波放大模块连接，滤波放大模块的输出与模拟延时器2连接，模拟延时器2的输出与模数转换器ADC2连接，数字延时器和模数转换器ADC2的输出分别与联合器的两个输入端连接，数字延时器和模数转换器ADC2的输出还与参数搜索/估计模块连接，参数搜索/估计模块输出五路控制信号，其中有三路连接到控制接口，其余两路分别与数字延时器和数字移相增益模块连接，控制接口的输出分别与模拟延时器2、滤波放大模块和模拟延时器1连接。

所述的控制接口包括控制接口1、控制接口2和控制接口3，控制接口1、控制接收2和控制接口3的输入分别与参数搜索/估计模块的三路输出连接，控制接口1、控制接口2和控制接口3的输出分别与模拟延时器2、滤波放大模块和模拟延时器1连接。

一种提高模数转换器动态范围的方法，其特征在于：包含信号处理步骤和参数搜索/估计步骤，其中，所述的信号处理步骤包括以下子步骤：

S101：AGC功分模块接收模拟信号a(t)，将模拟信号a(t)放大，并分为两路模拟信号a₁(t)和a₂(t)；

S102：将模拟信号a₁(t)送入模数转换器ADC1，通过模数转换器ADC1的采样和量化，得到数字信号b(n)；

S103：将数字信号b(n)送入数字移相增益模块，数字移相增益模块校正数字信号b(n)的增益和相位，得到校正后的数字信号c(n)；

S104：将数字信号c(n)送入高动态数模转换模块，高动态数模转换模块将校正后的数字信号c(n)转换到模拟域得到模拟信号d(t)；

S105：将模拟信号a₂(t)送入模拟延时器1，模拟信号a₂(t)经过模拟延时器1延迟过后得到模拟信号e(t)；