JP4542935B2 - A/d変換装置 - Google Patents
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アナログ信号をクロック信号に同期してサンプリングし、デジタル信号に変換するA/D変換器(23)と、
異なる複数の周波数成分を含む校正用信号が入力されたときに前記A/D変換器が所定期間出力するデジタル信号列に対してFFT演算処理を行い、前記校正用信号に含まれる各周波数成分の振幅と位相を求める振幅位相算出手段(52)と、
前記振幅位相算出手段によって得られた振幅と位相の基準値に対する誤差の周波数特性を求める誤差特性算出手段(53)と、
前記誤差特性算出手段によって得られた位相誤差の周波数特性に対し、その周波数の上限に近づく程誤差が0に近くなるように重み付けする重み付け手段(54)と、
前記誤差特性算出手段によって得られた振幅誤差の周波数特性と、前記重み付け手段によって重み付け処理された位相誤差の周波数特性とに基づいて、前記振幅誤差と位相誤差を補正するためのフィルタ係数を求める係数算出手段(55)と、
前記係数算出手段によって算出された係数を記憶する補正情報メモリ(35)と、
前記校正用信号に代わって変換対象信号が入力されたときに前記A/D変換器が出力するデジタル信号列に対し、前記補正情報メモリに記憶されている係数を用いてフィルタ処理を行う補正処理部(30)とを備えている。
アナログ信号を所定周期のクロック信号に同期してサンプリングし、デジタル信号に変換する複数NのA/D変換器(230〜23N−1)と、
異なる複数の周波数成分を含む校正用信号が入力されたときに前記各A/D変換器が所定期間出力するデジタル信号列に対してそれぞれFFT演算処理を行い、前記校正用信号に含まれる各周波数成分の振幅と位相を、前記A/D変換器毎に求める振幅位相算出手段(52)と、
前記振幅位相算出手段によって前記A/D変換器毎に得られた振幅と位相の基準値に対する誤差の周波数特性を前記A/D変換器毎に求める誤差特性算出手段(53)と、
前記誤差特性算出手段によって前記A/D変換器毎に得られた位相誤差の周波数特性に対し、その周波数の上限に近づく程誤差が0に近くなるように重み付けする重み付け手段(54)と、
前記誤差特性算出手段によって得られた振幅誤差の周波数特性と、前記重み付け手段によって重み付け処理された位相誤差の周波数特性とに基づいて、前記振幅誤差と位相誤差を補正するためのフィルタ係数を前記各A/D変換器毎に求める係数算出手段(55)と、
前記係数算出手段によって算出された係数を記憶する補正情報メモリ(35)と、
前記校正用信号に代わって変換対象信号が入力されたときに前記各A/D変換器が出力するデジタル信号列に対し、前記補正情報メモリに記憶されている係数を用いてフィルタ処理をそれぞれ行い、前記振幅誤差および位相誤差を補正して出力する補正手段(30)とを備えている。
変換対象のアナログ信号を前記複数のA/D変換器に分配入力する信号分配器(22)と、
前記複数のA/D変換器に対して、前記所定周期を前記A/D変換器の数Nで除算して得られる時間差で前記クロック信号を所定順に且つ循環的に与えるサンプリング制御部(24)とを有し、
前記校正用信号に含まれる各周波数成分は、前記クロック信号の周波数の1/2の前記複数N倍を上限とする帯域全体に分布し、且つ前記各A/D変換器の処理によって前記クロック信号の周波数の1/2を上限とする帯域内に折り返されたときに互いに重ならないように設定されていることを特徴とする。
前記補正手段は、
前記クロックを受けたA/D変換器が出力値を更新するタイミングに他のA/D変換器が変換処理をおこなったと仮定して得られるサンプル値をそれぞれ推定する複数の推定手段(310〜31N−1)と、
前記推定手段毎にそれぞれ設けられ、各推定手段から出力されるサンプル値に対して、前記補正情報メモリに記憶されている係数に基づくフィルタリングをそれぞれ行なって、誤差補正されたサンプル値をそれぞれ出力する複数のイコライザ(320〜32N−1)とにより構成されていることを特徴とする。
前記校正用信号を発生する信号発生器(25)と、
変換対象の信号と前記校正用信号のいずれかを前記A/D変換器に入力させるスイッチ(21)とを備えていることを特徴としている。
図1は、本発明を適用したインタリーブ方式のA/D変換装置20の構成を示している。
が周波数Fs/3の位置で重なり、成分3′、6′が周波数0の位置で重なる。
ΔV(1,2)=V1(2)/V0(2)
…………
ΔV(1,8)=V1(8)/V0(8)
ΔV(2,1)=V2(1)/V0(1)
ΔV(2,2)=V2(2)/V0(2)
…………
ΔV(2,8)=V2(8)/V0(8)
…………
ΔV(N−1,1)=VN−1(1)/V0(1)
ΔV(N−1,2)=VN−1(2)/V0(2)
…………
ΔV(N−1,8)=VN−1(8)/V0(8)
ΔΦ(1,2)=Φ1(2)−Φ0(2)−θ1(2)
…………
ΔΦ(1,8)=Φ1(8)−Φ0(8)−θ1(8)
ΔΦ(2,1)=Φ2(1)−Φ0(1)−θ2(1)
ΔΦ(2,2)=Φ2(2)−Φ0(2)−θ2(2)
…………
ΔΦ(2,8)=Φ2(8)−Φ0(8)−θ2(8)
…………
ΔΦ(N−1,1)=ΦN−1(1)−Φ0(1)−θN−1(1)
ΔΦ(N−1,2)=ΦN−1(2)−Φ0(2)−θN−1(2)
…………
ΔΦ(N−1,8)=ΦN−1(8)−Φ0(8)−θN−1(8)
始めに、前記したN個のA/D変換器23のうちの任意のものを基準A/D変換器と定め、各A/D変換器毎に、入力端子20aからA/D変換器までの入力特性や変換特性およびサンプリング系の位相誤差特性をまとめて周波数特性を算出し、その各周波数特性と基準のA/D変換器についての周波数特性との差を求めて、これをミスマッチ特性と定義する。
hi,u=F−1{Hi *(ω)} ……(2)
gi,k=F−1{Gi *(ω)} ……(3)
ただし、i=0,1,…,N
記号F−1は、離散フーリエ逆変換演算を示す
各A/D変換器231〜23N−1は、基準のA/D変換器230に対するミスマッチ成分がミスマッチ回路特性に換算されているので、図10の等価回路に示すように、入力信号x(t)を基準のA/D変換器230の変換特性110で離散システムに変換した信号x(n)を、各A/D変換器についてのミスマッチ回路1120〜112N−1に通過させた後に、誤差が無い理想A/D変換器1300〜130N−1でA/D変換した場合と等価である。
ただし、i=0,1,…,N−1
記号uΣは、u=−(U−1)〜(U−1)までの総和を示す
記号uΣは、u=−(U−1)〜(U−1)までの総和を示す
J(n)=n−P mod(N)
と表す。
ただし、Kはイコライザのインパルス列の長さを示し、記号kΣは、k=−(K−1)〜K−1までの総和を示す
xJ(n−r),n−r−k
ただし、r≠q×N(q:0,±1,±2,…)
の場合について考察する。
=kΣxJ(n−r),n−r−k・gJ(n−r),k ……(7)
ただし、記号kΣは、k=−(K−1)〜K−1までの総和を示す
ただし、記号uΣは、u=−(U−1)〜U−1までの総和を示す
c=a−2 mod(N) ……(11b)
Wi,n=xb,n ……(12a)
とする。
+xa,n・(hi,0/ha,0)
・{(hi,−1/hi,0)−(hb,−1/hb,0)}
+xc,n・(hi,0/hc,0)
・{(hi,1/hi,0)−(hb,1/hb,0)}
……(12b)
e=a−E−a0 mod(N)
の計算により求め、指定信号ADNUMで指定された値aに対してe番目のイコライザ32eの出力結果ye,nを選択して、最終のAD変換結果Y(n)として出力する。
ただし、Hi *(ω)≠0
図14の(a)のように入力端子20aに入力された入力信号x(t)は、スイッチ21を介して信号分配器22に入力され、N本の信号経路に分岐されて、各A/D変換器230〜23N−1に入力される。
X1,P=X1,P−1、X2,P=X2,P−1、…、
XN−1,P=XN−1,P−1
となる。
図16の(b)は、入力信号として図16の(a)に示す6つの周波数成分を有するアナログ信号x(t)が入力された場合の出力Yのスペクトラム特性を示している。また、図16の(c)は、前記した位相誤差の周波数特性に対して重み付け処理をしない場合の出力Yのスペクトラム特性を示している。フィルタのタップ数は25で共通である。
図16の(b)、(c)を比較して明らかなように、位相誤差の周波数特性に重み付け処理したことにより、スペクトラム特性が大幅に改善されている。
例えば、図17に示すように、複数の入力端子20a0〜20aN−1にそれぞれ入力されるアナログ信号x(t)0〜x(t)N−1を、スイッチ220〜22N−1を介して、A/D変換器230〜23aN−1に入力させ、共通のサンプリングクロックによりサンプリングしてデジタル値に変換する多チャネル型のA/D変換装置200についても、前記構成の補正情報算出部50により、基準特性(一つのA/D変換器の特性あるいは理想特性)に対する位相誤差の周波数特性に重み付け処理を行って補正に必要な係数をA/D変換毎に求め、この係数を用いて各A/D変換器の出力を補正することができる。
Claims (5)
- アナログ信号をクロック信号に同期してサンプリングし、デジタル信号に変換するA/D変換器(23)と、
異なる複数の周波数成分を含む校正用信号が入力されたときに前記A/D変換器が所定期間出力するデジタル信号列に対してFFT演算処理を行い、前記校正用信号に含まれる各周波数成分の振幅と位相を求める振幅位相算出手段(52)と、
前記振幅位相算出手段によって得られた振幅と位相の基準値に対する誤差の周波数特性を求める誤差特性算出手段(53)と、
前記誤差特性算出手段によって得られた位相誤差の周波数特性に対し、その周波数の上限に近づく程誤差が0に近くなるように重み付けする重み付け手段(54)と、
前記誤差特性算出手段によって得られた振幅誤差の周波数特性と、前記重み付け手段によって重み付け処理された位相誤差の周波数特性とに基づいて、前記振幅誤差と位相誤差を補正するためのフィルタ係数を求める係数算出手段(55)と、
前記係数算出手段によって算出された係数を記憶する補正情報メモリ(35)と、
前記校正用信号に代わって変換対象信号が入力されたときに前記A/D変換器が出力するデジタル信号列に対し、前記補正情報メモリに記憶されている係数を用いてフィルタ処理を行う補正処理部(30)とを備えたA/D変換装置。 - アナログ信号を所定周期のクロック信号に同期してサンプリングし、デジタル信号に変換する複数NのA/D変換器(230〜23N−1)と、
異なる複数の周波数成分を含む校正用信号が入力されたときに前記各A/D変換器が所定期間出力するデジタル信号列に対してそれぞれFFT演算処理を行い、前記校正用信号に含まれる各周波数成分の振幅と位相を、前記A/D変換器毎に求める振幅位相算出手段(52)と、
前記振幅位相算出手段によって前記A/D変換器毎に得られた振幅と位相の基準値に対する誤差の周波数特性を前記A/D変換器毎に求める誤差特性算出手段(53)と、
前記誤差特性算出手段によって前記A/D変換器毎に得られた位相誤差の周波数特性に対し、その周波数の上限に近づく程誤差が0に近くなるように重み付けする重み付け手段(54)と、
前記誤差特性算出手段によって得られた振幅誤差の周波数特性と、前記重み付け手段によって重み付け処理された位相誤差の周波数特性とに基づいて、前記振幅誤差と位相誤差を補正するためのフィルタ係数を前記各A/D変換器毎に求める係数算出手段(55)と、
前記係数算出手段によって算出された係数を記憶する補正情報メモリ(35)と、
前記校正用信号に代わって変換対象信号が入力されたときに前記各A/D変換器が出力するデジタル信号列に対し、前記補正情報メモリに記憶されている係数を用いてフィルタ処理をそれぞれ行い、前記振幅誤差および位相誤差を補正して出力する補正手段(30)とを備えたA/D変換装置。 - 変換対象のアナログ信号を前記複数のA/D変換器に分配入力する信号分配器(22)と、
前記複数のA/D変換器に対して、前記所定周期を前記A/D変換器の数Nで除算して得られる時間差で前記クロック信号を所定順に且つ循環的に与えるサンプリング制御部(24)とを有し、
前記校正用信号に含まれる各周波数成分は、前記クロック信号の周波数の1/2の前記複数N倍を上限とする帯域全体に分布し、且つ前記各A/D変換器の処理によって前記クロック信号の周波数の1/2を上限とする帯域内に折り返されたときに互いに重ならないように設定されていることを特徴とする請求項2記載のA/D変換装置。 - 前記補正手段は、
前記クロックを受けたA/D変換器が出力値を更新するタイミングに他のA/D変換器が変換処理をおこなったと仮定して得られるサンプル値をそれぞれ推定する複数の推定手段(310〜31N−1)と、
前記推定手段毎にそれぞれ設けられ、各推定手段から出力されるサンプル値に対して、前記補正情報メモリに記憶されている係数に基づくフィルタリングをそれぞれ行なって、誤差補正されたサンプル値をそれぞれ出力する複数のイコライザ(320〜32N−1)とにより構成されていることを特徴とする請求項3記載のA/D変換装置。 - 前記校正用信号を発生する信号発生器(25)と、
変換対象の信号と前記校正用信号のいずれかを前記A/D変換器に入力させるスイッチ(21)とを備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のA/D変換装置。
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