[发明专利]一种降采样率可调的自适应数字后台校准电路及方法

权利要求书

1.一种降采样率可调的自适应数字后台校准电路，其特征在于：包括：

采样保持电路，对模拟输入信号V_in进行采样，并在后续模数转换期间保持采样信号不变；

第一降采样器，对送入参考支路的数据进行降采样处理，保证参考支路的低速高精度参考模数转换器能够正常工作；

低速高精度参考模数转换器，提供校准时所需的精确参考源；

高速待校准模数转换器，是指需要采用校准电路处理的高速模数转换器；

自适应数字滤波器，根据减法器输出的校准误差的值，按照自适应滤波算法，不断更新自适应数字滤波器的权重系数，最终使其输出值趋近于低速高精度参考模数转换器的输出值，完成校准的数值逼近过程；

第二降采样器，对待校准支路的高速数据进行降采样处理，且降采样率与参考支路降采样率一致，保证参考支路和待校准支路数据率一致；

降采样率调节器，根据减法器输出的校准误差来同时改变第一降采样器和第二降采样器的降采样率，其配置策略为：校准初期，当减法器输出的校准误差较大时，降采样率调节器同时为第一降采样器和第二降采样器提供小的降采样率；校准后期，当减法器输出的校准误差较小时，降采样率调节器同时为第一降采样器和第二降采样器提供大的降采样率；

减法器，将参考支路模数转换后数据与待校准支路模数转换后数据相减，完成待校准支路与参考支路的数值比较过程；

模拟输入信号V_in先经过采样保持电路处理，再分别送入参考支路和待校准支路进行模数转换；

参考支路包括第一降采样器和低速高精度参考模数转换器，采样保持后的模拟输入信号V_in先经过第一降采样器进行降采样处理，再送入低速高精度参考模数转换器进行模数转换，得到数字输出D_ref；

待校准支路包括高速待校准模数转换器、自适应数字滤波器和第二降采样器，采样保持后的模拟输入信号V_in先送入高速待校准模数转换器进行模数转换，得到数字输出D_out，数字输出D_out通过自适应数字滤波器处理得到D_out1，自适应数字滤波器根据减法器输出e的值，按照自适应滤波算法，不断更新其权重系数，最终使第二降采样器的输出D_out2趋近于输出D_ref，完成校准过程；

参考支路得到的D_ref和待校准支路得到的D_out2作为减法器的两个输入，得到校准误差e；校准误差e作为自适应数字滤波器的输入，调节自适应数字滤波器的权重系数，从而调节其输出D_out1，同时，校准误差e作为降采样率调节器的输入，同时调节第一降采样器和第二降采样器的降采样率。

2.根据权利要求1所述的降采样率可调的自适应数字后台校准电路，其特征在于：所述降采样率按N、2N和4N方式进行配置，N是降采样器的降采样系数，N倍降采样是指将输入信号的频率降低N倍。

3.根据权利要求1所述的降采样率可调的自适应数字后台校准电路，其特征在于：所述降采样率调节器包括判断与控制逻辑电路、由控制信号S1控制且降采样率为2的第三降采样器，以及由控制信号S2控制且降采样率为2的第四降采样器；当校准误差e满足1/2e_refee_ref时，判断与控制逻辑输出S1S2＝00，即第三降采样器和第四降采样器均关断，总的降采样率为N；当校准误差e满足1/4e_refe1/2e_ref时，判断与控制逻辑输出S1S2＝01或10，即第三降采样器和第四降采样器一个开启一个关断，总的降采样率为2N；当校准误差e满足0e1/4e_ref时，判断与控制逻辑输出S1S2＝11，即第三降采样器和第四降采样器均开启，总的降采样率为4N；e_ref为初始状态下的校准误差。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的降采样率可调的自适应数字后台校准电路的校准方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

(1)校准开始后，模拟输入信号V_in通过采样保持电路被分别送入低速高精度参考模数转换器和高速待校准模数转换器进行模数转换，初始状态下，降采样率调节器输出S1S2＝00，即第一降采样器和第二降采样器的降采样率均为N；参考支路中，第一降采样器处理后的输入信号频率降低N倍，因此模数转换所需的采样时钟频率亦可降低N倍，即低速高精度参考模数转换器在采样频率fs/N下输出为D_ref；待校准支路中，高速待校准模数转换器在采样频率fs下输出为D_out，D_out经过自适应数字滤波器处理后为D_out1，D_out1再经过第二降采样器进行降采样处理得到D_out2，保证减法器输入的信号速率相同；减法器的实时输出为校准误差e，初始状态下的校准误差为e_ref；校准初期，当1/2e_refee_ref时，降采样率调节器的输出S1S2＝00，即控制第一降采样器和第二降采样器的降采样率均保持N；自适应数字滤波器按照自适应滤波算法，不断更新滤波器的权重系数，使得D_out2不断逼近D_ref，即校准误差e不断减小；

(2)校准中期，当1/4e_refe1/2e_ref时，降采样率调节器的输出S1S2＝01或10，即控制第一降采样器和第二降采样器的降采样率均保持2N，此时低速高精度参考模数转换器的采样频率为fs/2N，低速高精度参考模数转换器中数字电路的功耗由于其工作频率减半而减半，由于自适应数字滤波器仍在不断更新其权重系数，校准误差e仍会减小；

(3)校准后期，当0e1/4e_ref时，降采样率调节器的输出S1S2＝11，即控制第一降采样器和第二降采样器的降采样率均保持4N，此时低速高精度参考模数转换器的采样频率为fs/4N，低速高精度参考模数转换器中数字电路的功耗为校准初期的1/4，此时，自适应数字滤波器仍会不断更新其权重系数，校准误差e继续减小，随着校准误差e的减小，自适应数字滤波器的权重系数更新速度会变慢，最终当校准误差e的变化不会引起自适应数字滤波器的权重系数更新时，校准完成。