Dither在ADC中的研究与应用

论文摘要

自然界中的所有信号均是模拟信号,然而计算机所能够进行处理的却是数字量。ADC（模数转换器）将自然界中的模拟量转换为可以在计算机中进行处理的数字量,实现模拟信号的量化。近年来,人们对软件无线电的呼声越来越高。软件无线电以ADC与DAC作为模拟-数字接口,对射频信号直接进行采样与产生,要求其具备非常高的转换速度,并且要求其具备良好的动态性能,以减少对邻近信道的干扰。本文研究采用dither（抖动技术）降低ADC进行数字转换后频谱中的谐波分量,提高ADC的SFDR（无杂散动态范围）。Dither在数字图像显示流域的应用已经有将近60年的历史,在图像显示中加入dither可以消除数字图像显示时的轮廓效应,同时增加图像显示时色彩的表现力。在音频采样中加入dither可以减小音频量化误差,使得量化后的数字音频在回放时更加自然。此外dither还被广泛的应用在测量领域。本文首先对ADC的原理以及ADC主要类型做了简要概述。并介绍了ADC在Simulink下行为级模型的搭建。然后介绍了ADC性能的相关指标。在dither原理及仿真部分首先介绍了dither应用历史,然后介绍导致ADC动态性能下降的相关误差,讨论了dither减小这些误差提高ADC动态性能的原理。最后对两种主要类型的dither结构在simulink下进行了仿真,并提出了一种改进型的宽带大幅度dither。在dither噪声产生电路章节中首先介绍了各种类型的dither产生电路,并设计了产生宽带dither噪声的PN序列电路。然后提出了一种基于数字波形存储的窄带dither结构,并在quartus下完成了窄带波形存储的相关设计。最后根据几种主流类型的dither结构设计了能够对dither进行实际验证的验证板系统。完成了相关的调试工作,并对宽带dither和窄带dither进行了实际的验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 ADC 在软件无线电中的应用
• 1.2 Dither 算法的技术背景
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 小结
• 第二章 ADC 原理与建模
• 2.1 ADC 原理
• 2.2 ADC 主要类型
• 2.2.1 快闪式ADC
• 2.2.2 流水线型ADC
• 2.2.3 逐次逼近型ADC
• 2.2.4 Sigma Delta ADC
• 2.3 12 位流水线ADC 建模
• 2.3.1 仿真环境Simulink
• 2.3.2 12 位ADC 结构
• 2.3.3 采样保持电路误差模型
• 2.3.4 MDAC 误差模型
• 2.3.5 子ADC 误差模型
• 2.4 ADC 性能指标
• 2.4.1 静态性能
• 2.4.2 动态性能
• 2.5 小结
• 第三章 Dither 原理及建模仿真
• 3.1 Dither 应用历史
• 3.2 ADC 误差
• 3.2.1 ADC 量化误差
• 3.2.2 ADC 静态非线性误差
• 3.2.3 相干采样造成的周期性误差
• 3.3 Dither 原理及仿真
• 3.3.1 Dither 种类
• 3.3.2 Dither 加入方式
• 3.3.3 小幅度dither 作用
• 3.3.4 大幅度dither 作用
• 3.4 一种改进宽带dither 结构及仿真
• 3.4.1 系统结构
• 3.4.2 算法分析
• 3.4.3 存储型dither 建模
• 3.4.4 仿真结果
• 3.5 小结
• 第四章 Dither 产生电路设计
• 4.1 用电阻产生dither 噪声
• 4.2 用噪声二极管产生dither 噪声
• 4.3 用专用芯片产生dither 噪声
• 4.4 宽带dither 的PN 序列生成电路设计
• 4.4.1 宽带大幅度dither 实现结构
• 4.4.2 乘同余PN 序列产生
• 4.4.3 线性反馈移位寄存器PN 序列产生
• 4.4.4 2-lag fibonacci PN 序列产生
• 4.5 窄带dither 产生电路设计
• 4.5.1 窄带dither 实现结构
• 4.5.2 窄带数据的生成
• 4.5.3 窄带数据ROM 的初始化
• 4.6 小结
• 第五章 Dither 验证板设计及验证
• 5.1 验证板结构
• 5.2 电源与模拟加法器电路设计
• 5.3 时钟电路设计
• 5.4 AD9235 外围电路
• 5.5 宽带dither 产生电路
• 5.5.1 DAC908 宽带dither 产生
• 5.5.2 AD9764 宽带dither 产生
• 5.6 窄带dither 产生电路
• 5.7 验证板-PC 通信模块
• 5.8 Dither 的验证
• 5.8.1 验证板-PC 间通信测试
• 5.8.2 宽带dither 验证
• 5.8.3 窄带dither 验证
• 5.9 小结
• 第六章 总结
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及在学期间研究成果