Відмовостійкі багаторозрядні цифроаналогові і аналого-цифрові перетворювачі, що самокалібруються, з ваговою надлишковістю - Автореферат

Тому було запропоновано використовувати для їх побудови системи числення з ваговою надлишковістю (СЧВН), оскільки в даному випадку зявляється можливість підвищувати точність АЦП, побудованого на неточних елементах, шляхом врахування відхилень ваг розрядів, а також підтримувати заданий рівень похибок перетворення під час експлуатації при зміненні умов навколишнього середовища, а саме: температури, вологості, тобто забезпечувати відмовостійкість до часткових параметричних відмов. Розроблення нового методу забезпечення відмовостійкості багаторозрядних ЦАП і АЦП порозрядного кодування з ваговою надлишковістю, побудованих на низькоточній елементній базі, шляхом цифрового самокалібрування ваг розрядів, що дозволить зменшити підсумкову похибку перетворення у процесі експлуатації при появі часткових параметричних відмов елементів схем. Оцінювання ефективності запропонованого методу самокалібрування багаторозрядних АЦП і ЦАП із ваговою надлишковістю, якщо критерієм є максимальне зниження похибки перетворення після самокалібрування порівняно з первинними похибками елементної бази. Методи дослідження базуються на використанні: теорії багаторозрядних АЦП і ЦАП з ваговою надлишковістю для аналізу можливості забезпечення відмовостійкості шляхом уведення процедури цифрового самокалібрування; теорії похибок, а також теорії ймовірності та математичної статистики для розроблення моделей статичних похибок перетворення до і після самокалібрування; компютерного моделювання для аналізу процесу АЦ-і ЦА-перетворення з ваговою надлишковістю з використанням процедур самокалібрування ваг розрядів та оцінювання похибок перетворення в процесі експлуатації, а також для перевірки отриманих теоретичних положень. Особистий внесок здобувача в роботах, виконаних у співавторстві: встановлено, що характеристика квантування ПФІ з ваговою надлишковістю є нерівномірною, а крок квантування - змінним, визначено залежність між основою СЧВН і кількістю можливих кроків квантування [1]; досліджено характеристики перетворення АЦП порозрядного кодування і ЦАП з ваговою надлишковістю [2]; розроблено новий метод підтримання відмовостійкості АЦП із ваговою надлишковістю, оцінено ефективність використання даного методу для зменшення похибок АЦП [3, 8]; проведено аналіз існуючих методів підтримання відмовостійкості багаторозрядних ПФІ, запропоновано структурну схему відмовостійкого АЦП із ваговою надлишковістю [4]; удосконалено модель статичних похибок перетворення, визначено закон накопичення методичної похибки самокалібрування, введено поняття нелінійної складової методичної похибки самокалібрування [5]; доведено, що періодичне виконання самокалібрування багаторозрядних АЦП із ваговою надлишковістю дозволяє підтримувати відмовостійкість вказаних пристроїв у процесі експлуатації [6]; запропоновано математичні співвідношення для визначення міжкалібрувального інтервалу, з яким треба виконувати самокалібрування ПФІ для підтримання їх відмовостійкості в процесі експлуатації [7]; запропоновано моделі статичних похибок каналів АЦ-і ЦА-перетворення до і після самокалібрування, виконано поділ похибок вказаних каналів на кориговані, частково кориговані і некориговані [9]; удосконалено блок завдання режимів по постійному струму підсилювальних каскадів, що дозволило покращити характеристики запропонованих аналогових вузлів [9-11]; запропоновано нові структурні схеми АЦП і ЦАП із ваговою надлишковістю, запропоновано структурно-логічні схеми формування результату перетворення АЦП і робочого коду ЦАП [12, 13]; розроблено програмні модулі для моделювання самокалібрування багаторозрядних ПФІ з ваговою надлишковістю й оцінювання ефективності використання вказаних методів [14].Вони зявляються в процесі експлуатації під впливом чинників навколишнього середовища і через старіння елементів аналогових вузлів, що призводить до появи похибок перетворення ПФІ, зокрема, похибок інтегральної і диференційної лінійності, зміщення нуля та масштабу. Подальшого розвитку отримали ряд положень з теорії систем числення з ваговою надлишковістю, зокрема, узагальнено поняття природного та штучного базисів, тобто наборів ваг розрядів, вагової надлишковості. Вагова надлишковість характеризується як перевищення суми ваг молодших розрядів над вагою старшого розряду у вигляді: Розроблено моделі похибок каналів АЦ-і ЦА-перетворення, що самокалібруються. Так структурну схему каналу АЦ-перетворення з самокалібруванням показано на рис. IMG_f5719474-7754-46b7-88ec-461e3fb3b0bf - значення аналогової величини на вході перетворювача, IMG_b13b60d6-bfc0-4cd6-b698-20d8459abe96 - сумарна похибка, що зявляється в результаті появи похибок аналогових вузлів (підсилювача, аналогового комутатора, буфера, пристрою вибірки-зберігання), IMG_9a7ecbcb-5af5-4f0d-a6ef-59b698bf8510 - сумарна похибка компенсуючого сигналу на іншому вході СП, що зявляється в результаті появи похибок ваг розрядів ЦАП у процесі експлуатації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

За темою досліджень опубліковано 20 наукових праць, основними з них є: 1. Кадук О. В. Похибки квантування в АЦП на основі надлишкових позиційних систем числення / Азаров О.Д., Решетнік О.О., Гарнага В.А., Кадук О.В. // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2007. - № 3 (72). - С. 67-73.

2. Кадук О. В. Характеристика перетворення порозрядного АЦП, що самокалібрується, побудованого на неточному ЦАП із ваговою надлишковістю / Азаров О.Д., Кадук О.В. // Інформаційні технології та компютерна інженерія. - 2007. - № 3 (10). - С. 8-18.

3. Кадук О.В. Стратегії самокалібрування характеристики перетворення АЦП порозрядного кодування з ваговою надлишковістю / Азаров О.Д., Кадук О.В. // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2008. - № 1 (76). - С. 102-110.

4. Кадук О. В. Методи побудови АЦП порозрядного наближення, що самокалібруються / Азаров О.Д., Кадук О.В. // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2008. - № 1 (15). - С. 56-66.

5. Кадук О.В. Методичні похибки самокалібрування АЦП послідовного наближення із ваговою надлишковістю / Азаров О.Д., Кадук О.В. // Вісник Хмельницького національного університету. - 2008. - № 5 (117). - С. 12-17.

6. Кадук О. В. Математична модель відмов ЦАП, що самокалібрується, із ваговою надлишковістю / Азаров О.Д., Кадук О.В. // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2008. - № 5 (80). - С. 78-83.

7. Кадук О. В. Оцінювання міжкалібрувального інтервалу для багаторозрядних ЦАП і АЦП порозрядного перетворення із ваговою надлишковістю / Азаров О.Д., Кадук О.В. // Інформаційні технології та компютерна інженерія. - 2009. - № 1 (14). - С. 5-12.

8. Кадук О. В. Високолінійні АЦП порозрядного врівноваження із ваговою надлишковістю, що самокалібруються, для компютерних систем обробляння даних / Азаров О.Д., Кадук О.В. // Проблеми інформатизації та управління. - 2007. - Випуск 1 (23). - С. 84-91.

9. Кадук О. В. Кориговані і некориговані похибки багаторозрядних ПФІ, що самокалібруються, з ваговою надлишковістю / Азаров О. Д., Кадук О. В., Дудник О. В. // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2009. - № 2 (18). - С. 99-109.

10. Пат. на корисну модель 22671 Україна, МПК (2006) Н03К 5/22, G05B 1/00. Двотактний симетричний підсилювач струму / О.Д. Азаров, О.В. Кадук, О.О. Лукащук, С.В. Богомолов, Л.В. Крупельницький; заявн. Вінницький націонанильний технічний університет. - № u200613036; заявлено 11.12.2006; опубл. 25.04.2007; Бюл. № 5. - 12 с.

11. Пат. на корисну модель 23906 Україна, МПК (2006) Н03К 5/22, G05B 1/00. Буферний каскад / О.Д. Азаров, О.В. Кадук, В.В. Ратнюк, Л.В. Крупельницький; заявн. Вінницький національний технічний університет. - № u200701187; заявлено 05.02.2007; опубл. 11.06.2007; Бюл. № 8. - 8 с.

12. Пат. на корисну модель 25471 Україна. МПК (2006) Н03К 5/22, G05B 1/00. Вхідний пристрій схеми порівняння струмів / О.Д. Азаров, О.В. Кадук, С.В. Богомолов, В.А. Гарнага, О.О. Решетнік; заявн. Вінницький національний технічний університет. - № u200703563; заявлено 02.04.2007; опубл. 10.08.2007; Бюл. № 12. - 12 с.

13. Пат. на корисну модель 44123 Україна. МПК (2009) Н03М 1/00. Аналого-цифровий перетворювач / О.Д. Азаров, О.В. Кадук,; заявн. Вінницький національний технічний університет. - № u200901544; заявлено 23.02.2009; опубл. 25.09.2009; Бюл. № 18. - 12 с.

14. Пат. на корисну модель 41315 Україна. МПК (2009) Н03М 1/66. Цифроаналоговий перетворювач / О.Д. Азаров, О.В. Кадук; заявн. Вінницький національний технічний університет. - № u200900491; заявлено 23.01.2009; опубл. 12.05.2009; Бюл. № 9. - 12 с.

15. Кадук О.В. Компютерна програма «Моделювання процедури самокалібрування багаторозрядних АЦП і ЦАП із ваговою надлишковістю» / О. Д. Азаров, О. В. Кадук, О. В. Дудник // Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 29467. - К.: Державний департамент інтелектуальної власності України. - Дата реєстрації: 15.07.2009.