时间交织ADC（Time-Interleaved ADC, TI-ADC）是一种通过并行连接多个ADC通道来增加采样速率的技术。在这种结构中，每个ADC通道以相同的速率工作，但它们的采样时间在时域上错开，从而实现总体上更高的采样速率。TI-ADC系统的整体采样率是单个ADC采样率的倍数（等于通道数）。

基本原理

在TI-ADC中，假设有N个ADC通道，每个通道以采样周期T进行采样，但相邻通道之间的采样时间差为T/N。这样，第一个通道在时刻t、t+NT、t+2NT…采样，第二个通道在时刻t+T/N、t+NT+T/N、t+2NT+T/N…采样，以此类推。

例如，假设有4个通道（N=4），每个通道以1GSPS的速率工作，那么整体系统的采样速率将达到4GSPS。各个通道的采样时间如下：

通道0：0, 4T, 8T, 12T, …

通道1：T, 5T, 9T, 13T, …

通道2：2T, 6T, 10T, 14T, …

通道3：3T, 7T, 11T, 15T, …

优缺点

优点

高采样速率：TI-ADC可以实现比单个ADC更高的采样速率，适用于高速数据采集。

提高带宽：通过时间交织，可以有效扩展ADC的带宽。

资源共享：多个ADC通道可以共享输入信号，提高系统资源利用率。

缺点

通道不匹配：增益、偏移和时钟相位误差会导致通道间不匹配，影响系统性能。

复杂校准：需要复杂的校准算法来校准各通道的增益、偏移和时钟相位误差。

功耗增加：多个ADC并行工作，会导致整体功耗增加。

三种误差及其校准

1. 增益误差

每个ADC通道的增益误差会导致不同通道的输出幅度不一致。这种误差主要来源于各通道的增益放大器和ADC的增益不匹配。

校准方法：

在设计时通过匹配电路元件来减小增益误差。

使用数字校准算法，根据已知输入信号（如正弦波）计算并调整每个通道的增益。

2. 偏移误差

每个ADC通道的偏移误差会导致输出信号在直流电平上的偏移。这种误差主要来源于各通道的偏置电压和ADC的偏移不匹配。

校准方法：

在设计时通过匹配电路元件来减小偏移误差。

使用数字校准算法，根据已知输入信号计算并调整每个通道的偏移。

3. 时钟相位误差

每个ADC通道的时钟相位误差会导致采样时间的不一致，从而引起时域采样点的偏差。这种误差主要来源于时钟分配网络的不对称和时钟信号的抖动。

校准方法：

在设计时通过优化时钟分配网络来减小相位误差。

使用数字校准算法，通过插值和重建技术调整各通道的采样点。

详细代码示例

以下是一个详细的Verilog代码示例，用于4通道时间交织ADC的误差校准，包括增益、偏移和时钟相位误差校准。

<code>module ti_adc_calibration(

input wire clk, // 全局时钟

input wire reset, // 重置信号

input wire [11:0] adc0_in, // ADC通道0输入

input wire [11:0] adc1_in, // ADC通道1输入

input wire [11:0] adc2_in, // ADC通道2输入

input wire [11:0] adc3_in, // ADC通道3输入

output reg [11:0] adc_out // 校准后的ADC输出

);

// 校准后的信号

wire [11:0] adc0_calib