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用随机起伏信号(dither)方法改善ADC的SFDR指标

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核电子学与探测技术 2001年第2期21卷 110-113,107页

作者：张庆民吴义宝安琪王砚方中国科学技术大学近代物理系快电子实验室安徽合肥230027

介绍了随机起伏信号 ( dither)的种类和基本应用 ,分析了 ADC的特性并建立了接近实际ADC性能的模型 ,在此基础上实现了一个基于 L abview平台的 ADC仿真系统。通过仿真说明了 dither对改善 ADC的 SFDR指标的作用。

关键词： dither ADC SFDR指标 A/D转换器随机起伏信号仿真

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dither在ADC中的研究与应用

Dither在ADC中的研究与应用

作者：张占鹏电子科技大学

学位级别：硕士

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DA... 详细信息

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。

关键词： dither 模数转换器动态性能无杂散动态范围

dither技术在ADC中应用的研究及验证实现

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Dither技术在ADC中应用的研究及验证实现

作者：赵元春电子科技大学

学位级别：硕士

ADC（模数转换器）将模拟信号转换成DSP（数字信号处理器）可以处理的数字信号。目前，由于芯片制造工艺的快速发展，各种DSP的集成度越来越高，处理速度也越来越快，这就要求ADC能提供更高的转换速度。在高速ADC应用中，尤其是在通信... 详细信息

ADC（模数转换器）将模拟信号转换成DSP（数字信号处理器）可以处理的数字信号。目前，由于芯片制造工艺的快速发展，各种DSP的集成度越来越高，处理速度也越来越快，这就要求ADC能提供更高的转换速度。在高速ADC应用中，尤其是在通信领域中，还要求ADC能满足较好的动态性能，来减少对相邻信号的干扰。本文研究的是采用dither技术降低高速ADC进行模数转换后的信号频谱中的谐波分量，并有效提高高速ADC的SFDR指标（无杂散动态范围）。本文最开始对ADC的原理做了简单的介绍，并对目前主流的ADC类型做了简要的分类和概述，随后介绍了ADC的主要静态和动态性能参数，其中着重介绍了动态性能参数中的SFDR。然后，大致介绍了dither技术原理，并介绍了主要的几种的dither信号产生方式，随后介绍了dither信号的类型、小幅度dither和大幅度dither对ADC性能的改善，最后，讨论了dither信号的加入方式，并据此设计了两种典型的dither信号发生电路：宽带dither和窄带dither产生电路。最后，在dither PCB验证板设计章节中，对信号完整性做了介绍，就影响高速PCB上信号完整性的因素进行了一些讨论，并根据几种主流类型的dither结构设计了能够对dither技术进行实际硬件验证的验证系统，然后分别对验证板的各个模块做了详细介绍，完成了相关调试工作，并对宽带dither和窄带dither进行了实际的验证。

关键词： dither 模数转换器动态性能参数无杂散动态范围

外部宽带大幅度dither技术在流水线ADC中的研究

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外部宽带大幅度Dither技术在流水线ADC中的研究

作者：万若琦电子科技大学

学位级别：硕士

流水线型模数转换器(Pipelined ADC)在转换速度、精度、功耗上有很好的折中而被广泛的应用在无线通信等领域。考虑到ADC中各种非理想因素,通过数字校准算法的辅助来提高ADC的性能成为目前研究的重要方向之一。dither技术作为数字校准算... 详细信息

流水线型模数转换器(Pipelined ADC)在转换速度、精度、功耗上有很好的折中而被广泛的应用在无线通信等领域。考虑到ADC中各种非理想因素,通过数字校准算法的辅助来提高ADC的性能成为目前研究的重要方向之一。dither技术作为数字校准算法的一种,是提高ADC性能的一种关键技术。本文研究应用dither技术改善ADC性能,性能的改善主要体现在三个方面：第一个方面提高ADC的有效分辨率,使得ADC能够分辨低于1LSB的输入信号;第二个方面提高ADC的SFDR,应用dither技术降低ADC中的谐波分量从而提高了ADC的SFDR;第三个方面改善ADC的DNL总误差。设计dither算法的验证方案,以及验证方案中需要在FPGA上进行数字处理的模块,主要包括下面四个模块：宽带dither产生模块、PN序列码延迟模块、数字减法器模块以及数字滤波器模块。在Matlab/Simulink下搭建一个12位流水线型ADC误差模型,以该误差模型作为目标ADC,搭建外部宽带大幅度dither结构并进行行为级仿真,dither的加入使得ADC的SFDR从76.79dB提高到82.07dB,信噪比下降1.6dB,dither技术在改善SFDR的同时会降低ADC的信噪比,同时发现这种结构存在着三点缺陷——dither幅度受限的缺陷、DAC要求很高的缺陷以及不能精确的去除加入的PN序列的缺陷。针对dither幅度受限这个缺陷提出了基于信号幅度的自适应dither结构,仿真结果表明这种结构把ADC的SFDR从76.79dB提高到88.08dB,信噪比降低0.36dB。在此基础上,针对其他两个缺点提出了自适应存储型dither结构,这种结构把ADC的SFDR从76.79dB提高到91.72dB,信噪比下降O.11dB,证实了自适应存储型dither结构对于SFDR的提高更有优势并且能够降低加入的dither对信噪比的影响。

关键词： dither 流水线ADC 动态性能无杂散动态范围

窄带dither算法在流水线ADC中的研究与应用设计

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窄带Dither算法在流水线ADC中的研究与应用设计

作者：张云电子科技大学

学位级别：硕士

流水线结构的模数转换器(Pipelined ADC)具有高分辨率、高精度的特点以及良好的速度与功耗性能,其结构在面积和功耗上具有很大的优势。然而,由于电路中存在各种非理想因素,极大地限制了流水线ADC性能的提高。对于提高ADC的SFDR(无杂散... 详细信息

流水线结构的模数转换器(Pipelined ADC)具有高分辨率、高精度的特点以及良好的速度与功耗性能,其结构在面积和功耗上具有很大的优势。然而,由于电路中存在各种非理想因素,极大地限制了流水线ADC性能的提高。对于提高ADC的SFDR(无杂散动态范围)特性,引入dither噪声是一种重要的方法。dither能够有效地改善因量化过程、相干采样和ADC的非线性特性而造成的谐波失真,从而提高ADC的无杂散动态范围。因此,将dither噪声和当前主流的流水线ADC结构相结合,对于设计下一代高性能ADC具有重要的作用。本文首先分析从理论上分析了ADC的量化过程、相干采样和非线性特性所引起的谐波失真和dither对ADC动态性能的改善,并对改善的原理进行了说明。然后,从数学上推导了dither通过影响ADC的输出码密度函数来改善DNL所引起的总误差,推导了高斯分布的dither对理想ADC的量化误差的改善。接着,本文在分析流水线ADC结构的基础上,搭建了一个14位的流水线ADC行为级模型,并构建窄带dither的仿真系统,对窄带dither对流水线ADC无杂散动态范围指标的改善情况进行了仿真分析,并提出了一种与传统窄带dither产生方式略有不同的新型窄带dither,这种新的窄带dither可以避免频率由设计的模拟滤波器所限制,要改变dither信号的频率只能重新设计新的dither发生电路的局限性。针对引入dither后发生信号溢出的情况,本文进行了一些探讨,提出了两种解决方案,并进行了仿真验证,证明所提出的方案能够有效的解决引入dither后信号溢出的问题。最后,通过设计PCB电路板,以12位的ADC(AD9235)为目标实测了窄带dither对ADC性能的影响,证明了窄带dither对ADC的SFDR性能的改善。

关键词： dither 模数转换器动态性能无杂散动态范围

基于dither技术的高精度仪器噪声抑制方法研究

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基于Dither技术的高精度仪器噪声抑制方法研究

作者：白宇山东大学

学位级别：硕士

太阳爆发活动是空间灾害性天气的根源,会干扰通讯、危害电力设施、对人类航天航空活动造成威胁。射电和光学是地基太阳观测的两大窗口,其中射电辐射较少受到天气影响而广受关注。太阳射电观测系统是重要的地基太阳观测设备,用来捕获分... 详细信息

太阳爆发活动是空间灾害性天气的根源,会干扰通讯、危害电力设施、对人类航天航空活动造成威胁。射电和光学是地基太阳观测的两大窗口,其中射电辐射较少受到天气影响而广受关注。太阳射电观测系统是重要的地基太阳观测设备,用来捕获分析太阳射电信号,研究太阳活动机制。模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)是太阳射电观测系统的关键部分,它的性能直接影响后端设备处理信号的质量。ADC芯片在电路设计和工艺制造中必然存在一些缺陷,比如增益非线性和电容失配等问题,影响ADC分辨率、无杂散动态范围(Spurious-Free Dynamic Range,SFDR)、微分非线性(Differential Nonlinearity,DNL)等指标,造成太阳射电频谱中出现噪声干扰,掩盖太阳爆发的精细结构。基于此,本文深入研究dither技术在ADC中的应用,以改善ADC的SFDR参数,具体内容如下:(1)研究m序列、逆m序列和Gold序列的产生过程,保留它们周期长、随机性强、自相关性能出色等优良特性,在线性反馈移位寄存器结构的基础上,提出了一种改进的伪随机序列,其幅度变化具有随机性,且没有直流分量,与白噪声性质相似。该序列经过仿真验证,证明了其作用于ADC的效果与均匀分布的噪声效果相同,且在现场可编辑逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中进行了实现与验证。本文提出的伪随机序列能够作为dither信号用于ADC的改善。(2)搭建了基于ADC的dither减式模型和非减式模型,两种模型对ADC的SFDR都有明显的改善。研究了减式dither模型中重构误差对ADC性能的影响,推导重构误差在中升量化和中平量化下的分布情况并建立模型进行了验证,经过分析发现重构误差对SNR和SFDR的影响都不足1 dB,可以忽略不计。(3)优化了减式dither延时结构,利用伪随机序列的自相关函数类似冲激函数的自相关特性,检测量化后的dither信号与预存dither序列互相关的峰值,计算延时时间,实现dither序列的自动对齐,最后在Vivado中验证了该结构能够实现dither信号的精确去除。(4)利用RFSoC开发板搭建了非减式dither验证系统,配置DAC输出混频后的高频dither信号,加入到输入信号中,量化后通过数字滤波器滤除,经验证加扰滤波后的频谱中,无杂散动态范围提升了 4.8 dB,非减式dither结构对ADC的SFDR参数起到了改善作用。本文改进的伪随机序列具有与白噪声相似的形态和自相关特性,作为dither信号能够达到随机化量化误差的目的。本文研究了减式dither结构中重构误差的产生过程,得出了重构误差对ADC性能影响甚小的结论,并且提出了一种基于互相关的减式dither结构,实现了对dither序列的精确延时。最后在RFSoC开发平台上搭建了非减式dither系统,经过实验验证该系统达到了改善ADC无杂散动态范围的目的,为dither技术应用于太阳射电观测系统提供了理论依据和技术支撑。

关键词： ADC dither SFDR FPGA

dither技术结合过采样技术提高ADC采集精度的研究

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仪器与设备 2022年第3期10卷 238-247页

作者：马健胡颖睿江环西南民族大学电子信息学院四川成都

dither技术和过采样技术可以改善模数转换器(ADC)的采集精度。本文研究了dither技术结合过采样技术的方法,ADC的差分端引入dither信号,并在ADC后端去除,而后采用过采样技术对信号滤波抽取,将ADC的信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)、... 详细信息

dither技术和过采样技术可以改善模数转换器(ADC)的采集精度。本文研究了dither技术结合过采样技术的方法,ADC的差分端引入dither信号,并在ADC后端去除,而后采用过采样技术对信号滤波抽取,将ADC的信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)、信纳比(Signal to Noise and Distortion Ratio, SINAD)和无散杂动态范围(Spurious Free Dynamic Range, SFDR),分别提升了6.59 dB、6.89 dB和19.05 dB,使得ADC有效位数提升了1位。

关键词： dither 过采样 ADC SFDR SNR

一种提高显示器彩色能力的简单方法—dither

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山西电子技术 1994年第4期 10-14页

作者：李宇

普遍的单色显示器 VGA 等,由于彩色显示能力的限制,使得一些应用不能很好地运行甚至不能运行。这里介绍一种方法,可以在牺牲部分分辨率的情况下,提高显示器的颜色显示能力,这就是所谓的“dither”技术。“dither”是指用多个像素组成一... 详细信息

普遍的单色显示器 VGA 等,由于彩色显示能力的限制,使得一些应用不能很好地运行甚至不能运行。这里介绍一种方法,可以在牺牲部分分辨率的情况下,提高显示器的颜色显示能力,这就是所谓的“dither”技术。“dither”是指用多个像素组成一个虚拟像素,这些虚拟像素尺寸较大并由原始像素组成,一般使用2×2或3×3“dither”方法。

关键词：显示器彩色能力 dither

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浅析电磁阀dither调试的过程与方法

汽车实用技术 2017年第13期14卷 147-149页

作者：姚萌张保良杨士先安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥230601

在基于电控液动的自动变速箱中,有一项很重要的参数,它的合适与否影响着变速箱控制的精准度,甚至直接影响了整车的驾驶性,这个参数就是电磁阀的dither。文章在大量的测试过程中,总结了dither调试的过程与方法,为dither的研究提供了依据。

关键词： dither 电磁阀调试方法