Системотехническое проектирование однородных устройств обработки сигналов

• Автор: Гребенко, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 253 с. : ил

Аннотация
В диссертации представлены теоретические основы системотехнического проектирования однородных аналоговых и цифровых устройств обработки сигналов. Показано, что использование базиса из идентичных функциональных модулей позволяет улучшать точностные показатели преобразования за счет рационального построения структурной схемы. Выявлены свойства потенциально лучших структурных схем и получены формулы для расчета показателей их качества. Предложены варианты реализуемых структурных схем, близких по свойствам к оптимальным, и разработаны методики их расчета. Предложена обобщенная процедура проектирования разнообразных функциональных блоков на базе идентичных модулей. На ее основе разработаны методики проектирования однородных масштабных преобразователей, линейных инерционных преобразователей, параметрических и нелинейных безынерционных преобразователей. Предложен новый метод цифрового моделирования аналоговых фильтров, названный методом инвариантных частотных характеристик. Предложены способы обеспечения реализуемости цифровых фильтров на идентичных звеньях. Рассмотрен класс комплексных аналоговых и цифровых фильтров и предложены варианты оценки близости таких фильтров по свойствам к аналитическим фильтрам. Разработаны методики проектирования комплексных фильтров на базе идентичных звеньев. Предложенные методики проектирования проиллюстрированы большим количеством примеров.

Список сокращений
ABM - аналоговая вычислительная машина
АФП - аналоговый фильтр прототип
АЦП - аналого-цифровой преобразователь
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
БИХ - бесконечная импульсная характеристика
ИЧХ - инвариантная частотная характеристика
КДФ - комплексный дискретный фильтр
КИХ - конечная импульсная характеристика
ЛБП - линейный безынерционный преобразователь
ЛИП - линейный инерционный преобразователь
МП - масштабный преобразователь
НБП - нелинейный безынерционный преобразователь
НЧ - низкая частота
ОС - обратная связь
ОУ - операционный усилитель
ПБП - параметрический безынерционный преобразователь
ПЗФ - полосно-задерживающий фильтр
ІІЛИС - программируемая логическая интегральная схема
ППФ - полосно-пропускающий фильтр
УФР - условия физической реализуемости
ФБ - функциональный блок
ФВЧ - фильтр верхних частот
ФМ - функциональный модуль
ФНЧ - фильтр нижних частот
ФЧХ - фазочастотная характеристика
ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь
ЦРФ - цифровой рекурсивный фильтр

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.Основы системотехнического проектирования однородных
устройств обработки сигналов
1.1. Общая характеристика подхода
1.2. Выбор и описание базиса аналоговых устройств обработки сигналов
1.3. Выбор и описание базиса цифровых устройств обработки сигналов
1.4. Структурные схемы и расчет погрешности преобразования
1.4.1. Анализ мультипликативной погрешности
1.4.2.Анализ нелинейной погрешности
1.4.3.Анализ аддитивной погрешности
1.4.4.Анализ влияния неточности реализации связей
1.5.0птимальная структурная схема
1.6. Методика синтеза структурных схем
1.6.1 .Постановка задачи
1.6.2.Аппроксимация в функциональной области
1.6.3.Реализация структурной схемы
1,7.0сновные результаты
2. Синтез однородных масштабных преобразователей
2.1. Методы обеспечения высокой точности
2.2. Проектирование масштабных преобразователей
2.3. Базовые усилительные модули
2.4. Синтез стабильных масштабных преобразователей
2.4.1. Параметры стабильных масштабных
преобразователей

коэффициентов передач отдельных ФМ под действием дестабилизирующих факторов. Отметим, что минимизация показателей "В" и "С" связана с выбором структурной схемы ФБ, однако минимальные значения этих показателей, как и значение показателя "А", полностью определяются видом функции Т (К).
1.4.2. Анализ нелинейной погрешности
Согласно определению нелинейная погрешность аналоговых МП и ЛИП связана с входным сигналом следующим преобразованием
А^(А > ■ ■ ■ > А,) = £ПРх,..,Л)П^(Д) , (1-26)
к=2 1=
т.е. она может полностью характеризоваться набором ядер функционального ряда Вольтерра (ФРВ), описывающего ФБ. Соответствующим набором ядер характеризуется и каждый ФМ.
Представим входной сигнал устройства в виде суммы гармонических составляющих

А(0 = г ХСУ”' , (1-27)
А т=-М
где Ет - комплексное число, Ео = 0, Е.т = Ет р.т = -рт .
Подставив хвх(1) в (1.2) и используя изображения ядер до К-го порядка включительно, получим следующее выражение для выходного сигнала:

*(0=~ ЛЕтК(Рт)ер"' +
^ т~-М
1 м м
+ лт £ ТЕтЕт2К(рт1,рщ)е^)'+... , (1.28)
^ тх~-Мт1--М
1 м м
+ £ 'ЕЕш1-ЕП!1К(ртХ,...,рт11)е{р"'+-ЛРт'')
^ тх=-М ты=-М
где N - наивысший порядок используемых ядер. Из этой формулы видно, что