Разработка и исследование структурных методов повышения качества аналого-цифровых преобразователей

• Автор: Середкин, Вениамин Георгиевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 235 c. : ил

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ В ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АНАЛОГОЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА . .
Статические характеристики и параметры АЦП . .2 I.1. Статические характеристики и параметры, описывающие идеальный АЦП

1.1.2. Статические характеристики и параметры, описывающие реальный АЦП.

1.2. Динамические характеристики и параметры АЦП .

1.3. Техникоэкономические показатели современных высококачественных АЦП.

1.3.1. Сопоставление статических и динамических параметров для АЦП в модульном, гибридном и интегральном исполнении . .

1.4. Структурные методы повышения точности и структуры АЦП повышенной точности

1.5. Постановка задачи исследования . . . .

2. АНАЛИЗ ИСТОЧНИКОВ ПОГРЕШНОСТИ И РАЗРАБОТКА

НОВЫХ СТРУКТУРНЫХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ АЦП . .

2.1. Модель процесса аналогоцифрового преобразования
2.2. Анализ уравнения инструментальной погрешности
АЦП замкнутого типа
2.3. Структурный метод уменьшения случайной составляющей погрешности АЦП . . ,
2.4. Исследование вопросов трансформации погрешности узлов АЦП в его характеристику квантования
2.5. Структурный метод периодической коррекции нелинейности АЦП с инкрементным запоминанием отсчетов
контрольного линеиноизменявдегося напряжения. НС.
2.5.1. Отличительные особенности и сущность метода . юо
2.5.2. Алгоритм коррекции нелинейности АЦП с монотонным ЦАП в контуре ОС
2.5.3. Алгоритм коррекции нелинейности АЦП с немонотонной характеристикой ЦАП в контуре обратной связи . . .
2.5.4. Оценка величины выборки В.
2.6. Оценка предельных возможностей структурных
методов повышения точности АЦП.
2.6.1. Оценка статических и динамических свойств
системы периодической коррекции нелинейности АЦП . . . .
2.6.2. Оценка предельных возможностей метода уменьшения случайной погрешности.
2.7. Основные результатыН
3. ВОПРОСЫ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ И РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ УЗЛОВ ВК АЦП С ПЕШОДИЧЕСКОЙ
КОМПЕНСАЦИЕЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ.I
3.1. Особенности структурной организации схем ВК АЦП с периодической компенсацией инструментальной погрешности
3.1.1. Особенности структурной организации
аналоговых схем . го
3.1.2. Особенности структурной организации
цифровой части схем ВК АЦП.
3.2. Структуры ВК АЦП с периодической кошенсацией инструментальной погрешности.
3.2.1. ВК АЦП с компенсацией погрешности
нелинейности
3.2.2. ВК АЦП с симметричными согласованными
трактами
3.2.3. Структура ВК АЦП с периодической компенсацией систематической и возможностью уменьшения
случайной погрешности.
3.3. Рекомендации по проектированию узлов ВК АЦП .
3.3.1. Особенности схемной организации и выбор параметров ГТН ВК АЦП
3.3.2. Требования к квантующим компонентам ВК АЦП
и согласование их параметров.
3.3.3. Требования к дополнительному ЦАП ВК АЦП
и выбор его параметров.
3.3.4. Проектирование сдвоенных согласованных ЦАП
на сетках ягя.
3.3.5. Требования к ИОН ВК АЦП и рекомендации по уменьшению его температурной нестабильности.
3.4. Примеры технической реализации ВК АЦП с коррекцией характеристики квантования9ЮЗ
3.4.1. АЦП системного назначения для сопряжения
ВК 7, М с объектом КОД9.3.К
3.4.2. АЦП системного назначения для микроЭВМ Электроника.
3.4.3. Высококачественный АЦП системного
назначения со встроенным микропроцессором . . .
3.5. Основные результаты и выводы
4. СИСТЕМА И МЕТОДИКА ЭКСПЕШЛЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВК АЦП
4.1. Подход к экспериментальному исследованию характеристик ВК АЦП.
4.2. Система для исследования характеристик ВК АЦП .
4.3. Предельные возможности системы для экспериментального исследования характеристик ВК АЦП . .
4.4. Методика экспериментального исследования характеристик ВК АЦП с коррекцией нелинейности.
4.5. Методика экспериментального исследования характеристик структур ВК АЦП с симметричными согласованными трактами .
4.6. Основные результаты .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ источников


В третьем разделе рассмотрены вопросы структурной организации ВК АЦП и приведены рекомендации по проектированию их основных узлов. Четвертый раздел посвящен разработке системы и методики экспериментального исследования характеристик ВК АЦП. В заключении сформулированы основные результаты работы. В приложения вынесен материал, дополняющий и иллюстрирующий основное содержание работы. Ссылки на литературу приведены в порядке упоминания в тексте. Сокращения и обозначения поясняются в тексте диссертации. Настоящий раздел посвящен постановке задачи исследования. АЦП в модульном, гибридном и интегральном исполнении с разрядностью от 6 до двоичных разрядов и временем преобразования от не до 0 мкс. Однако, инструментальная погрешность высокоразрядных преобразователей, при их работе в широком диапазоне изменений условий окружающей среды оказывается сравнимой с квантом разрядных АЦП. Совершенствование высокоразрядных АЦП технологическими методами не привело к существенному повышению их статической и динамической точности. В то же время, достижения микроэлектроники и микропроцессорной техники изменили подход к проектированию АЦП. БИС памяти, микропроцессорные и периферийные БИС, идентичные согласованные компоненты, выполненные на одном кристалле чипе, могут быть встроены в преобразователь. Это создает предпосылки построения высококачественных АЦП с привлечением вычислительных возможностей микропроцессоров для устранения технологического несовершенства преобразователя структурными методами повышения точности. Согласованные компоненты АЦП, выполненные на одном кристалле, могут служить для разработки эффективных структур, обеспечивающих существенное уменьшение случайной погрешности АЦП. Сопоставление точностных параметров различных по структуре высококачественных АЦП позволило оценить предельные возможности современных технологических методов повышения их точности и обосновать необходимость применения структурных методов для дальнейшего совершенствования их точностных характеристик. Изучены известные структурные методы повышения точности и выявлены их недостатки, такие, как низкая помехоустойчивость, ограниченность учета температурного и временного дрейфа изза использования в структурах ПЗУ поправок, необходимость использования специальных цифровых и аналоговых схем с нерегулярной структурой кодирование в системах счисления с иррациональным основанием или основанием, не кратным степени два, например, 1,8 . АЦП, выполненных на одном кристалле для уменьшения случайной погрешности преобразователя. Дня описания статических характеристик СХ АЦ исчерпывающей является его характеристика квантования. Она представляет собой функцию преобразования непрерывной аналоговой величины в соответствующий код . На рис. X входная аналоговая величина. Среди статических параметров АЦП важное место занимает его разрядность п , обычно выражаемая в битах двоичных разрядах . Другим важным параметром АЦП является шаг квантования г , характеризующийся шириной. Диапазон изменения входной величины задается в виде минимального ЗСтсп и максимального Хтах значений. Из 1. На рис. АЦП и график погрешности квантования рис. Шум квантования АЦП характеризуется его дисперсией б
и к ,г
Рис. Характеристики квантования идеального АЦП
п етодическая погрешность
X
Рис. Характеристика кваитопания идеального трехразрядного АЦП а и его методическая погрешность б
1. Реальный АЦП отличается от идеального тем, что функционирует в реальных условиях окружающей среды и подвержен влиянию дестабилизирующих факторов, вызывающих отклонение характеристики квантования от идеальной и отличную от нуля неопределенность границ квантов. Аддитивная погрешность АП, которая характеризует параллельный сдвиг реальной характеристики квантования относительно идеальной 3, 6,9 . Пример АП представлен на рис. Мультипликативная погрешность МП есть отклонение наклона реальной характеристики квантования относительно идеальной 3,6,9 , рис. Погрешность нелинейности ПНЯ. Если ширина кванта равна нулю, то значение Д. I. Это означает, что соответствующий кванту код не встречается. ИЛИ ДИ г 1.