劉 沉，李洪力，黎 明

(北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094)

0 引 言

隨著ADC技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，其性能參數(shù)測(cè)量變得越來越重要，一般來說，ADC的有效位數(shù)越多，其動(dòng)態(tài)范圍就越大。ADC動(dòng)態(tài)有效位的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)其實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。根據(jù)文獻(xiàn)[1]和 [2]，ADC的動(dòng)態(tài)有效位對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍、接收性能以及抗干擾能力都有重要的影響。因此，對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)ADC的動(dòng)態(tài)有效位測(cè)量方法進(jìn)行研究分析，對(duì)于導(dǎo)航接收機(jī)ADC的選擇及設(shè)計(jì)具有重要的意義。

1 ADC動(dòng)態(tài)有效位的測(cè)量方法

1.1 常用測(cè)量方法

ADC動(dòng)態(tài)有效位的測(cè)量方法很多，其中最常用的兩種方法是正弦擬合法和譜分析法[3-7]，下面分別予以介紹。

1) 正弦擬合法

滿量程高純度的正弦信號(hào)經(jīng)過量化后，得到量化序列X(nTs)，以正弦函數(shù)為回歸模型，采用最小二乘法對(duì)量化序列進(jìn)行回歸分析，得到擬合函數(shù)XF(t)，再對(duì)XF(t)進(jìn)行N比特理想采樣，得到XF(nTs)，計(jì)算X(nTs)與XF(nTs)之間的均方根誤差e，則ADC的有效位數(shù)可以表示為[5-6，8]：

(1)

2) 譜分析法

譜分析法[5-6,9-10]是對(duì)時(shí)域采集的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到采樣信號(hào)的傅立葉頻譜，根據(jù)頻譜計(jì)算信號(hào)、噪聲及諧波分量的功率，求出信噪諧波比(SINAD)，則ADC的動(dòng)態(tài)有效位可以表示為

(2)

其中，信噪諧波比(SINAD)的計(jì)算方法為：對(duì)N點(diǎn)采樣序列進(jìn)行FFT運(yùn)算，假設(shè)信號(hào)譜線所在位置為K和N-K-1，則有

(3)

1.2 本文提出的測(cè)量方法

前面提到的ADC有效位數(shù)測(cè)量方法都是基于單頻信號(hào)測(cè)量的。根據(jù)導(dǎo)航信號(hào)的特點(diǎn)，擴(kuò)頻信號(hào)更能直接反應(yīng)導(dǎo)航接收機(jī)的實(shí)際情況，基于解擴(kuò)端性能來分析ADC的有效位數(shù)，可以直接反映導(dǎo)航接收機(jī)中ADC的性能。ADC的動(dòng)態(tài)范圍與有效位數(shù)之間的關(guān)系為[11-12]

DAD=6.02N+1.76(dB),

(4)

其中，N為ADC的有效位數(shù)。測(cè)出導(dǎo)航接收機(jī)ADC的動(dòng)態(tài)范圍，就可以知道其有效位數(shù)，具體測(cè)量方法如圖1所示。其中，ADC的動(dòng)態(tài)范圍通過載噪比測(cè)量。載噪比估計(jì)方法采用寬窄帶載噪比估計(jì)法，具體方法如下[13]：

計(jì)算不同的噪聲帶寬1/T和1/2T條件下I、Q支路的總功率測(cè)量值，分別為WBP和NBP，其對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)期望分別為E(WBP)和E(NBP)，對(duì)E(WBP)和E(NBP)的平均值進(jìn)行歸一化處理，得到

(5)

則，對(duì)應(yīng)的載噪比為

(6)

2 實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比

上面介紹了兩種常用的ADC動(dòng)態(tài)有效位測(cè)量方法以及基于解擴(kuò)輸出載噪比的測(cè)量方法，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比譜分析法和基于解擴(kuò)輸出載噪比的測(cè)量方法。根據(jù)第2節(jié)的介紹，基于解擴(kuò)輸出載噪比的ADC有效位數(shù)測(cè)量可以按照?qǐng)D1所示的方法進(jìn)行測(cè)量，譜分析法測(cè)量ADC有效位可以按照?qǐng)D2所示方法進(jìn)行。其中圖1中信號(hào)源為導(dǎo)航信號(hào)源，可調(diào)衰減器衰減范圍為0～81 dB，ADC的輸出數(shù)據(jù)可以用PC采集后估計(jì)其載噪比。調(diào)整衰減器的衰減值，觀察載噪比的變化量，當(dāng)載噪比下降3 dB時(shí)，記錄衰減器的衰減值，即為ADC的動(dòng)態(tài)范圍，根據(jù)公式(4)，可以得到ADC的有效位數(shù)。圖2中信號(hào)源為安捷倫E4438C，ADC之后的數(shù)據(jù)采集使用FPGA的數(shù)據(jù)采集軟件ChipScope，并進(jìn)行多次測(cè)量計(jì)算。

兩種方法的測(cè)量結(jié)果如表1和表2所示。

圖1 本文提出的ADC動(dòng)態(tài)有效位測(cè)量框圖

圖2 譜分析法ADC有效位測(cè)量框圖

對(duì)比表1和表2可以看出，本文提出的基于解擴(kuò)輸出載噪比的測(cè)量方法和常用的譜分析法測(cè)量所得結(jié)果基本一致，這就說明本文提出的ADC動(dòng)態(tài)有效位測(cè)量方法是有效的。

表1 譜分析法測(cè)量結(jié)果

表2 基于解擴(kuò)輸出載噪比的測(cè)量結(jié)果

3 結(jié)束語

介紹了ADC動(dòng)態(tài)有效位的常用測(cè)量方法，并分析其在導(dǎo)航接收機(jī)中應(yīng)用的缺點(diǎn)，根據(jù)接收機(jī)的實(shí)際情況，提出了基于導(dǎo)航接收機(jī)解擴(kuò)端輸出載噪比的測(cè)量方法，可以反映接收機(jī)工作的真實(shí)情況，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了測(cè)量結(jié)果的有效性。

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