Дослідження та розробка високоточних конвеєрних аналого-цифрових перетворювачів із ваговою надлишковістю - Автореферат

Проте, по мірі підвищення вимог до метрологічних характеристик АЦП і ЦАП, що виготовлюються на основі гібридної та інтегральної технології, виникають фундаментальні обмеження, які обумовлені похибками припасування параметрів аналогових вузлів у процесі їх виготовлення, а також нестабільністю цих параметрів у часі та під час змінення умов навколишнього середовища. Використання таких систем числення в АЦП порозрядного врівноваження, побудованих на низькоточній елементній базі, дозволяє комплексно вирішувати проблеми підвищення їх точності та швидкодії. Методи дослідження базуються на використанні: теорії АЦ-перетворення та математичного моделювання для аналізу нерозривності передатної характеристики; теорії похибок для розроблення моделей статичних похибок та методів калібрування ваг розрядів; теорії чисел та чисельних методів для вибору рівня вагової надлишковості систем числення, що застосовуються; компютерному моделюванні під час аналізу функціонування як окремих вузлів, так і всього пристрою в цілому, а також для перевіряння справедливості отриманих теоретичних положень. Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що: уперше запропоновано використовувати вагову надлишковість для підвищення точності конвеєрного АЦ-перетворення за умов застосування в пристроях, що розробляються, низькоточної елементної бази; У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачем: [2] - запропоновано структуру та алгоритм роботи самокаліброваної системи цифрової реєстрації аналогової інформації з підвищеною стабільністю статичних метрологічних характеристик; [3] - проведено огляд принципів уведення надлишковості у високопродуктивні АЦП, зокрема, у АЦП порозрядного наближення; [4] - запропоновано два методи калібрування ваг розрядів конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю та структури, які дозволяють реалізовувати запропоновані методи; [5], [8] - розглянуто моделі похибок конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю; [6] - запропоновано структуру високоточного конвеєрного АЦП, в якому за рахунок введення нових блоків, звязків між ними та окремої процедури самокалібрування зменшуються технологічні вимоги до окремих блоків та вузлів пристрою; [7] - запропоновано структуру самокаліброваного конвеєрного АЦП із ваговою надлишковістю та розрядним коефіцієнтом (-1;0;1); [9] - запропоновано метод формування нерозривної передатної характеристики конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю, побудованих на низькоточних аналогових вузлах.Під низькоточною елементною базою слід розуміти такі аналогові вузли або блоки, рівень інструментальних похибок яких може бути більше і навіть значно більше, ніж рівень підсумкових статичних похибок перетворення. 1 наведено структурну схему каскаду врівноваження, для якої час перетворення буде складати: , де n - кількість каскадів врівноваження (з умови Ю ), - час фіксації вхідного сигналу ПВЗ, - час перетворення зафіксованого аналогового сигналу за допомогою m-розрядного а-АЦПІ, - час формування компенсуючого аналогового сигналу за допомогою m-розрядного а-ЦАПІ, - час формування різниці між зафіксованою вхідною аналоговою величиною і компесуючою, - час підсилення різниці. Запропоновано також інші структури та алгоритми роботи каскадів врівноваження, зокрема: каскаду врівноваження з двома пристроями вибірки-зберігання, час перетворення для яких складає: та ; Запропоновано два алгоритми калібрування ваг розрядів високопродуктивних конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю, що побудовані на низькоточній елементній базі, та дозволяють підвищити їх точність без фізичного впливу на параметри аналогових вузлів, не зменшуючи швидкість АЦ-врівноваження. Процедура визначення реальних ваг розрядів є такою: виконується по три перетворення (кількість невідомих) для кожного каскаду з підключенням на вході каскаду, що калібрується, блоку еталонної аналогової величини, а потім вихід каскаду замикається на вхід, в результаті чого отримаємо циклічний перетворювач на основі кожного каскаду врівноваження.У дисертаційній роботі виконано дослідження, присвячені підвищенню точності конвеєрних АЦП, реалізованих на низькоточних аналогових вузлах і блоках, за рахунок використання вагової надлишковості у вигляді надлишкових позиційних систем числення. Наведено огляд принципів уведення надлишковості у високопродуктивні АЦП порозрядного врівноваження, а також запропоновано метод використання вагової надлишковості для формування нерозривної передатної характеристики високопродуктивного АЦ-перетворення конвеєрних АЦП, побудованих на низькоточній елементній базі. Уперше запропоновано моделі статичних похибок високопродуктивних конвеєрних АЦП, побудованих на низькоточній елементній базі, отримано аналітичний звязок із необхідним рівнем вагової надлишковості, який слід використовувати у такому конвеєрному АЦП для забезпечення нерозривності передатної характеристики АЦ-перетворення. Запропоновано методи калібрування ваг розрядів високопродуктивних конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю, побудованих на низькоточній елементній базі, за страт

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ