一種基于導航接收機的ADC動態(tài)有效位測量方法

劉 沉，李洪力，黎 明

(北京衛(wèi)星導航中心，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)測量變得越來越重要，一般來說，ADC的有效位數(shù)越多，其動態(tài)范圍就越大。ADC動態(tài)有效位的準確測量對其實際應(yīng)用具有重要意義。根據(jù)文獻[1]和 [2]，ADC的動態(tài)有效位對導航接收機的動態(tài)范圍、接收性能以及抗干擾能力都有重要的影響。因此，對導航接收機ADC的動態(tài)有效位測量方法進行研究分析，對于導航接收機ADC的選擇及設(shè)計具有重要的意義。

1 ADC動態(tài)有效位的測量方法

1.1 常用測量方法

ADC動態(tài)有效位的測量方法很多，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，采用最小二乘法對量化序列進行回歸分析，得到擬合函數(shù)XF(t)，再對XF(t)進行N比特理想采樣，得到XF(nTs)，計算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]是對時域采集的一組數(shù)據(jù)進行FFT運算，得到采樣信號的傅立葉頻譜，根據(jù)頻譜計算信號、噪聲及諧波分量的功率，求出信噪諧波比(SINAD)，則ADC的動態(tài)有效位可以表示為

(2)

其中，信噪諧波比(SINAD)的計算方法為：對N點采樣序列進行FFT運算，假設(shè)信號譜線所在位置為K和N-K-1，則有

(3)

1.2 本文提出的測量方法

前面提到的ADC有效位數(shù)測量方法都是基于單頻信號測量的。根據(jù)導航信號的特點，擴頻信號更能直接反應(yīng)導航接收機的實際情況，基于解擴端性能來分析ADC的有效位數(shù)，可以直接反映導航接收機中ADC的性能。ADC的動態(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)。測出導航接收機ADC的動態(tài)范圍，就可以知道其有效位數(shù)，具體測量方法如圖1所示。其中，ADC的動態(tài)范圍通過載噪比測量。載噪比估計方法采用寬窄帶載噪比估計法，具體方法如下[13]：

計算不同的噪聲帶寬1/T和1/2T條件下I、Q支路的總功率測量值，分別為WBP和NBP，其對應(yīng)的數(shù)學期望分別為E(WBP)和E(NBP)，對E(WBP)和E(NBP)的平均值進行歸一化處理，得到

(5)

則，對應(yīng)的載噪比為

(6)

2 實測結(jié)果對比

上面介紹了兩種常用的ADC動態(tài)有效位測量方法以及基于解擴輸出載噪比的測量方法，通過實測數(shù)據(jù)對比譜分析法和基于解擴輸出載噪比的測量方法。根據(jù)第2節(jié)的介紹，基于解擴輸出載噪比的ADC有效位數(shù)測量可以按照圖1所示的方法進行測量，譜分析法測量ADC有效位可以按照圖2所示方法進行。其中圖1中信號源為導航信號源，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采集后估計其載噪比。調(diào)整衰減器的衰減值，觀察載噪比的變化量，當載噪比下降3 dB時，記錄衰減器的衰減值，即為ADC的動態(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，并進行多次測量計算。

兩種方法的測量結(jié)果如表1和表2所示。

圖1 本文提出的ADC動態(tài)有效位測量框圖

圖2 譜分析法ADC有效位測量框圖

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

表1 譜分析法測量結(jié)果

表2 基于解擴輸出載噪比的測量結(jié)果

3 結(jié)束語

介紹了ADC動態(tài)有效位的常用測量方法，并分析其在導航接收機中應(yīng)用的缺點，根據(jù)接收機的實際情況，提出了基于導航接收機解擴端輸出載噪比的測量方法，可以反映接收機工作的真實情況，并通過實驗驗證了測量結(jié)果的有效性。

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