Исследование шумов квантования дельта-сигма АЦП и разработка методов их снижения

• Автор: Иванов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ ПО ДСАЦП
1.1. Введение
1.2. История развития ДСАЦП
1.3. Принцип работы ДСАЦП
1.3.1. Функциональная схема ДСАЦП с модулятором первого порядка
1.3.2. Временная диаграмма работы ДСАЦП с модулятором первого порядка
1.4. Процессы, лежащие в основе работы ДСАЦП
1.4.1. Передискретизация
1.4.2. Шейпинг (изменение формы) шума квантования
1.4.3. Цифровая фильтрация и децимация
1.5. Шум квантования для ДСАЦП в известной теории
1.5.1. Теоретические основы для анализа шума квантования
1.5.2. Линейная модель модулятора
1.5.3. Частотный анализ шума квантования
1.6. Модулятор второго порядка и его линейная модель
1.7. Многоступенчатые шумоформирующие (MASII) ДСАЦП
1.8. Погрешности ДСАЦП
1.9. Выводы
ГЛАВА 2. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ ШУМА
КВАНТОВАНИЯ ДСАЦП
2.1. Введение
2.2. Закон распределения погрешности для постоянного входного сигнала
2.2.1. Аналитическое моделирование
2.2.2. Имитационное моделирование для постоянного входного сигнала
2.2.3. Оценка расхождения в расчётах СКО
2.2.4. Корректировка модели ДСАЦП для ИМ
2.3. Законы распределения шума квантования на выходе ДСМ
2.3.1. Методика нахождения законов распределения
2.3.2. Законы распределения шума квантования в общеизвестной теории

2.3.3. Шум квантования по предложенной теории при равномерно распределённом
входном сигнале
2.3.4. Шум квантования по предложенной теории при синусоидальном входном сигнале
2.3.5. Шум квантования по предложенной теории при нормально распределённом входном сигнале (законе Гаусса)
2.3.6. Сравнение с результатами ИМ других авторов
2.4. Анализ ДСМ в частотной области
2.4.1. Анализ для постоянного входного сигнала
2.4.2. Имитационное моделирование для постоянного входного сигнала
2.4.3. Анализ и имитационное моделирование для синусоидального входного сигнала
2.4.4. Метод асшттотических линий
2.4.5. Сравнение с данными физического эксперимента
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ДСАЦП
3.1. Применяемые ЦФ в ДСАЦП
3.1.1. Общие положения
3.1.2. Фильтр скользящего среднего (СС)
3.1.3. Каскадное соединение ЦФ СС
3.1.4. Фильтр FIR
3.1.5. Каскадное соединение фильтров F1R
3.2. Эквивалентная полоса пропускания фильтра
3.2.1. Определение эквивалентной полосы
3.2.2. Эквивалентная полоса для каскада ЦФ F1R
3.2.3. Эквивалентная полоса для каскада ЦФ СС
3.2.4. Эквивалентная полоса для модулятора 2-го порядка
3.3. Сравнение фильтров
3.4. Динамическая погрешность ЦФ
3.5. Закон распределения шума квантования на выходе ЦФ
3.5.1. Общие положения
3.5.2. Шум квантования ДСАЦП при равномерно распределённом входном сигнале
3.5.3. Шум квантования ДСАЦП при синусоидальном входном сигнале
3.6. Выводы

ГЛАВА 4. ПОВЫШЕНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДСАЦП
4.1. Выбор оптимальных параметров ЦФ для ДСАЦП
4.1.1. Уменьшение динамической погрешности
4.1.2. Погрешности ДСАЦП, зависящие от частоты режскции ЦФ
4.1.3. Поиск оптимальной частоты режекции
4.2. Введение напряжений смещения для исключения влияния “особых точек”
4.2.1. “Особые точки” на входном диапазоне ДСАЦП
4.2.2.Данные об “особых точках” из имитационного моделирования.
4.2.3. Метод подавления шума квантования в “особых точках”
4.2.4. Расчет для ДСМ первого порядка
4.2.5. Имитационное моделирование для ДСАЦП с двумя параллельными структурами
4.2. б. Применение для модуляторов высших порядков
4.2.7. Соотношение СКО шума квантования и максимального значения погрешности квантования, вероятности реализации “особых точек"
4.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ
РАБОТЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. МОДЕЛЬ ДСАЦП ПЕРВОГО ПОРЯДКА В SIMUL1NK

ПРИЛОЖЕНИЕ В. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ И. КОЛЛАРА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. МОДЕЛЬ ДСАЦП ВТОРОГО ПОРЯДКА В SIMULINK

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. МОДЕЛЬ ДСАЦП В SIMULINK С ДВУМЯ
ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ СТРУКТУРАМИ
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. АКТ О ВНЕДРЕНИИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Источник шума с ЭДС є, согласно общепринятой теории, является аддитивным, т. е. не зависит от входного сигнала и имеет равномерную спектральную плотность мощности шума Для её нахождения шум, вычисленный по (1.5.3), делят на полную полосу частот, равную//2.
Полученная линейная модель ДСМ первого порядка представлена на рисунке 1.5.3.
Рисунок 1.5.3. Функциональная схема ДСМ первого порядка с линейной моделью
компаратора.
1.5.3. Частотный анализ шума квантования
Согласно формуле (1.5.3), шум квантования постоянен для любых входных сигналов, а его спектр - равномерный (белый шум). Номинальный коэффициент преобразования компаратора для схемы на рисунке 1.5.3 принят равным т/5. Тогда дисперсия шума квантования по входу компаратора (выходу интегратора) будет равна:
- ашт ~ ТТДГ’ ^ .5.4)

Шум с данной дисперсией образуется при стробировании сигнала с частотой /у. Поэтому, в соответствии с теоремой Котельникова, сигнал шума может быть воспроизведён, если он имеет частоту в два раза меньше, т. е. /$12. Примем, что шум в полосе частот от нуля до /у/2 (или до сы.у/2), имеет постоянную спектральную плотность (т. е. “белый шум”). Тогда спектральная плотность шума на входе компаратора будет:
(1.5.5)