БАГАТОРОЗРЯДНІ ВИСОКОЛІНІЙНІ АЦП СЛІДКУВАЛЬНОГО ТИПУ З ВАГОВОЮ НАДЛИШКОВІСТЮ, ЩО САМОКАЛІБРУЮТЬСЯ : МНОГОРАЗРЯДНЫЕ ВЫСОКОЛИНЕЙНЫЕ АЦП СЛЕДЯЩЕГО ТИПА С ВЕСОВОЙ ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ, ЧТО САМОКАЛИБРУЮТСЯ

Краткое описание

Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет

На правах рукопису

ДУДНИК ОЛЕКСАНДР ВІКТОРОВИЧ

УДК 681.335

БАГАТОРОЗРЯДНІ ВИСОКОЛІНІЙНІ АЦП СЛІДКУВАЛЬНОГО ТИПУ З ВАГОВОЮ НАДЛИШКОВІСТЮ, ЩО САМОКАЛІБРУЮТЬСЯ

Спеціальність 05.13.05 – комп’ютерні системи та компоненти

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Науковий керівник
Азаров Олексій Дмитрович
доктор технічних наук, професор

Вінниця – 2013

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 5
ВСТУП 6
РОЗДІЛ 1 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ ПІДХОДІВ, ЩОДО ПОБУДОВИ БАГАТОРОЗРЯДНИХ АЦП СЛІДКУВАЛЬНОГО ТИПУ 17
1.1 Аналіз різновидів багаторозрядних АЦП слідкувального типу 17
1.2 Похибки багаторозрядних АЦП слідкувального типу 25
1.3 Основні шляхи зменшення похибок багаторозрядних АЦП слідкувального типу 33
1.4 Визначення напрямку і формування задач дослідження 39
РОЗДІЛ 2 МЕТОДИ ВИСОКОЛІНІЙНОГО СЛІДКУВАЛЬНОГО АНАЛОГОВО-ЦИФРОВОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ ІЗ ВАГОВОЮ НАДЛИШКОВІСТЮ 40
2.1 Метод підвищення лінійності багаторозрядних АЦП слідкувального типу на основі таблиці перетворення «цифровий
еквівалент-робочий код» 42
2.2 Метод лінеаризації характеристики перетворення багаторозрядних АЦП слідкувального типу шляхом самокалібрування на основі межових кодових комбінацій 45
2.3 Похибки генераторів компенсувального сигналу на базі ЦАП із ваговою надлишковістю 49
2.4 Похибки багаторозрядних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються 56
2.5 Висновки 62
РОЗДІЛ 3 СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНА ОРГАНІЗАЦІЯ БАГАТОРОЗРЯДНИХ ВИСОКОЛІНІЙНИХ АЦП
СЛІДКУВАЛЬНОГО ТИПУ З ВАГОВОЮ НАДЛИШКОВІСТЮ,
ЩО САМОКАЛІБРУЮТЬСЯ 64
3.1 Методи структурно-функціональної організації багаторозрядних високолінійних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються 64
3.2 Оцінки точності формування компенсувального сигналу у АЦП слідкувального типу із ваговою надлишковістю 72
3.3 Похибки багаторозрядних високолінійних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються 80
3.4 Висновки 85
РОЗДІЛ 4 РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ПРОЕКТУВАННЯ БАГАТОРОЗРЯДНИХ ВИСОКОЛІНІЙНИХ АЦП СЛІДКУВАЛЬНОГО ТИПУ З ВАГОВОЮ НАДЛИШКОВІСТЮ, ЩО САМОКАЛІБРУЮТЬСЯ 86
4.1 Проектування багаторозрядних високолінійних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються 86
4.2 Рекомендації щодо реалізації аналогових вузлів для багаторозрядних високолінійних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються 89
4.3 Рекомендації щодо реалізації цифрових вузлів для багаторозрядних високолінійних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються 100
4.4 Програмне забезпечення для моделювання багаторозрядних високолінійних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються 103
4.5 Рекомендації щодо вибору засобів для аналізу характеристик багаторозрядних високолінійних АЦП слідкувального типу 111
4.6 Висновки 118
ВИСНОВКИ 119
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 121
ДОДАТКИ 143
Додаток А Акти впровадження результатів дисертаційної роботи 144
Додаток Б Лістинг програми для моделювання процедур самокалібрування багаторозрядних АЦП слідкувального із ваговою надлишковістю 147
Додаток В Лістинг мікропрограми цифрового обчислювального пристрою макету АЦП слідкувального типу із ваговою надлишковістю 153
Додаток Г Принципова електрична схема аналогової частини макету АЦП слідкувального типу із ваговою надлишковістю 164
Додаток Д Лістинг мікропрограм прошивки контролерів обладнання цифрового обчислювального пристрою макету АЦП слідкувального типу із ваговою надлишковістю 165
Додаток Е Схема проекту цифрової частини макету АЦП слідкувального типу із ваговою надлишковістю 172
Додаток Ж Топологічна схема аналогової частини макету АЦП слідкувального типу із ваговою надлишковістю 173
Додаток И Перелік елементів макету АЦП слідкувального типу із ваговою надлишковістю 174
Додаток К Ядро схеми збору та опрацювання інформації макету АЦП слідкувального типу із ваговою надлишковістю у середовищі Labview 176

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

АК – аналоговий комутатор
БК – блок керування
ВН – вагова надлишковість
ГКмС – генератор компенсувального сигналу
ГКС – генератор калібрувального сигналу
ДНЛ – диференційна нелінійність
ДШ – дешифратор
ЗП – запам’ятовувальний пристрій
ІНЛ – інтегральна нелінійність
КК – кодова комбінація
ОМР – одиниця молодшого розряду
ОП – операційний підсилювач
ПВЗ – пристрій вибірки-зберігання
ПФІ – перетворювач форми інформації
СП – схема порівняння
СЧ – система числення
СЧВН – система числення із ваговою надлишковістю
ХП – характеристика перетворення
ЦЕ – цифровий еквівалент
ЦОП – цифровий обчислювальний пристрій

ВСТУП

Актуальність теми. Аналого-цифрові та цифроаналогові перетворювачі утворюють клас перетворювачів форми інформації (ПФІ), що широко застосовуються в різних галузях людської діяльності. Параметри і характеристики перетворювачів залежать від галузі використання і складності розв'язуваних задач.
АЦП слідкувального типу відносяться до компенсаційних перетворювачів форми інформації (ПФІ) і призначені для кодування аналогових сигналів, що змінюються повільно. Водночас відносно нешвидка реакція такого типу АЦП на швидкі зміни вхідного сигналу роблять їх непридатними для багатьох галузей застосування, зокрема, в багатоканальних системах перетворення, реєстрування й опрацювання аналогових величин [181]. Проте варто відзначити, що цей тип АЦП має й свої переваги – код на виході такого перетворювача доступний на кожному такті перетворення. Ця властивість особливо важлива для перетворювачів сельсин-код та резольвер-код, саме в яких, переважним чином, і застосовуються АЦП слідкувального типу. Іншою цінною характеристикою таких АЦП є те, що швидкі перехідні процеси на вході перетворювача викликають зміну вихідного коду лише на одиницю молодшого розряду. Це досить важливо при наявності шумів у системі [58].
Водночас у теперішній час виробництво і застосування багаторозрядних АЦП слідкувального типу значно скоротилось. Це пояснюється складністю лінеаризації стрибкоподібної характеристики перетворення (ХП) вказаного типу АЦП, побудованого на неточних елементах, із зростанням їх розрядності.
Основними джерелами статичних похибок багаторозрядних АЦП слідкувального типу є відхилення параметрів аналогових елементів від своїх номінальних значень (головним чином параметрів ЦАП). Це пов’язано з фундаментальними обмеженнями на завдання їх параметрів, недосконалістю технології виготовлення та впливом природних чинників у процесі експлуатації, зокрема: змінення температури навколишнього середовища, старіння елементів аналогових вузлів, впливом радіації тощо. При цьому, варто відзначити, що всі багаторозрядні (14 і більше двійкових розрядів) ЦАП без вживання спеціальних заходів, по суті, є неточними, оскільки їхня кінцева похибка перетворення не відповідає заявленій роздільній здатності [60].
Традиційно в АЦП різноманітних типів, зокрема, порозрядного наближення, послідовно-паралельних АЦП для підвищення точності, у тому числі лінійності ХП, використовують різноманітні методи калібрування та коригування [58]. Водночас перенесення вказаних підходів на АЦП слідкувального типу, побудованому на неточних елементах, зокрема, неточному ЦАП, є недоцільним. Це пояснюється тим, що в АЦП слідкувального типу на основі двійкової системи числення (СЧ) процедуру коригування похибок ХП необхідно проводити на кожному такті перетворення, а це значно знижує швидкість перетворення [96]. Це призвело до поступового витіснення двійкових АЦП слідкувального типу пристроями з кращими параметрами (АЦП послідовного наближення, сигма-дельта АЦП).
Разом з тим, побудова багаторозрядних АЦП слідкувального типу на основі неточного ЦАП із ВН дозволяє значно підвищити точність такого перетворювача за рахунок використання самокалібрування (СК).
При цьому, комплексний підхід до розв’язання задачі підвищення точності такого типу АЦП передбачає використання процедур самокалібрування, зокрема, за умови реалізації ПФІ на основі систем числення із ваговою надлишковістю (СЧВН), а також технологічних і схемотехнічних методів підвищення точносних характеристик аналогових вузів. Це пов’язано з тим, що в АЦП компенсаційного типу існують похибки, які шляхом використання тільки самокалібрування усунути або зменшити не вдається [110].
Питанням підвищення точності ПФІ займалися наукові школи професора А. І. Кондалєва, В. О. Багацького, В. О. Романова,
[80-82, 88, 92, 113-117, 162, 164-165], П. П. Орнатського [134-136], М. В. Аліпова [74, 75], Б. Й. Швецького [186]. Також покращенням точнісних характеристик ПФІ, а також систем, до яких вони входять, займалися наукові школи Ю.М.Туза, Є.Т.Володарського [90, 123, 178]. Загальні принципи побудови та покращення характеристик АЦП досліджувалися та розроблялися науковими школами Е. І. Гітіса [93-95], В. Б. Смолова [166-171], В.М. Муттера [126-132].
Водночас із вітчизняними науковцями, питанням покращення характеристик перетворювачів форми інформації займалися науковці далекого зарубіжжя, зокрема: В.Кестер [45-51, 181] з корпорації Analog Device, Руді Дж. Ван Де Плаше та інші з Philips [39, 40], а також співробітники науково-дослідних підрозділів корпорацій Texas Instruments Inc., Burr-Brown, MAXIM, Linear Technology Corporation, Intel Corporation [ 11-13, 20, 21, 23, 24, 26, 27, 29, 28, 31, 35, 36, 36, 38, 44].
Сучасні дослідження АЦП слідкувального типу здійснюються вченими Р.Р. Бабаяном [77-79], Діртом Кіллатом, Хуанг Яном [139], О. Мохамедом [32], Ф. Куо [25], Л. Доррером [17] та ін..
Проблеми покращення характеристик АЦП на основі застосування вагової надлишковості розглядаються у Вінницькому національному технічному університеті з 70-х років минулого століття в науковій школі професора О. Д. Азарова [57-71]. Зокрема, починаючи з 80-х років для підвищення лінійності перетворювачів активного застосування набувають методи самокалібрування [69-71].
Водночас задача покращення точносних характеристик багаторозрядних АЦП слідкувального типу на базі двійкових ЦАП через складність процедур самокалібрування характеристики перетворення на теперішній час не вирішена та у науково-технічній літературі практично не розглянута, а тому тема дисертаційної роботи, присвячена підвищенню точності багаторозрядних АЦП слідкувального типу на основі застосування ЦАП із ваговою надлишковістю та процедур самокалібрування, є актуальною.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких показано в цій дисертаційній роботі, проводилися здобувачем протягом 2010-2013 років згідно з науковим напрямком кафедри обчислювальної техніки Вінницького національного технічного університету, а також як виконавцем науково-дослідних програм «Теорія побудови пристроїв та елементної бази прискореного високоточного аналого-цифрового перетворення» (номер державної реєстрації 0108U000664) та «Методи, пристрої та елементна база високопродуктивного, відмовостійкого аналого-цифрового перетворення» (номер державної реєстрації 0111U001114).
Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є підвищення точності багаторозрядних АЦП слідкувального типу, побудованих на неточних аналогових вузлах, що досягається методами калібрування характеристики перетворення з використанням неточного ЦАП на основі систем числення з ваговою надлишковістю. Це дозволяє підвищувати та підтримувати точність перетворення в межах норми, незважаючи на первинні похибки елементної бази та похибки, що виникають внаслідок дії природніх чинників та старіння.
Для досягнення поставленої мети слід розв’язати такі завдання:
1. Запропонувати і проаналізувати моделі статичних похибок каналів АЦ- і ЦА-перетворення на базі слідкувальних АЦП, побудованих на неточних аналогових вузлах, а також визначити їх кориговані й некориговані складові.
2. Запропонувати і проаналізувати методи підвищення лінійності характеристики перетворення багаторозрядних АЦП слідкувального типу, побудованих на низькоточній елементній базі, шляхом самокалібрування.
3. Визначити критерій та оцінити ефективність запропонованих методів підвищення лінійності характеристики перетворення багаторозрядних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, побудованих на низькоточній елементній базі.
4. Проаналізувати вимоги щодо статичних і динамічних характеристик аналогових вузлів, що використовуються для побудови багаторозрядних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються.
5. Надати рекомендації щодо практичної реалізації аналогових і цифрових вузлів багаторозрядних високолінійних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються, а саме: підсилювачів, буферів, перетворювачів кодів та інших, а також рекомендації щодо практичної реалізації таких АЦП.
6. Запропонувати рекомендації користувачу щодо використання програмного забезпечення для моделювання високолінійних багаторозрядних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються.
7. Надати рекомендації щодо вибору засобів для дослідження метрологічних характеристик перетворювачів форми інформації, зокрема АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються.
Об’єктом дослідження є процес забезпечення високоточного аналого-цифрового перетворення в АЦП слідкувального типу, побудованих на неточних аналогових вузлах, шляхом самокалібрування.
Предметом дослідження є статичні похибки, що виникають у багаторозрядних АЦП слідкувального типу, побудованих на низькоточних аналогових вузлах, до і після застосування процедур самокалібрування.
Методи дослідження базуються на використанні: теорії багаторозрядних АЦП і ЦАП із ваговою надлишковістю для аналізу можливості покращення точносних характеристик АЦП слідкувального типу шляхом уведення процедури цифрового самокалібрування; теорії похибок, а також теорії ймовірності та математичної статистики для розроблення моделей статичних похибок перетворення до і після самокалібрування; комп’ютерного моделювання для аналізу процесу слідкувального АЦ- перетворення з ваговою надлишковістю з використанням процедур самокалібрування ваг розрядів та оцінювання похибок перетворення в процесі експлуатації, а також для перевірки отриманих теоретичних положень.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:
- вперше запропоновано метод підвищення лінійності АЦП слідкувального типу, побудованих на низькоточних ЦАП із ваговою надлишковістю, що базується на самокалібруванні із використанням таблиці перетворення «робочий код – цифровий еквівалент»;
- вперше запропоновано метод лінеаризації характеристики перетворення АЦП слідкувального типу, побудованих на низькоточних ЦАП із ваговою надлишковістю, що базується на використанні межових кодових комбінацій та відрізняється від інших спрощеними вимогами до цифрового обладнання;
- вперше оцінено ефективність запропонованих методів підвищення лінійності багаторозрядних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю за комплексним критерієм зменшення похибки перетворення та збільшення витрат обладнання. Це дає можливість досягти мінімізації додаткових витрат обладнання за умови забезпечення заданої похибки перетворення;
- подальшого розвитку отримали моделі статичних похибок каналів АЦ- і ЦА-перетворення до і після самокалібрування, що дозволило визначити складові похибок вказаних каналів АЦП слідкувального типу і вичленити кориговані, частково кориговані і некориговані похибки.
Достовірність отриманих результатів підтверджується збігом результатів, отриманих аналітичними методами, з результатами комп’ютерного моделювання й експериментальних досліджень.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що отримані теоретичні положення дозволили:
- запропонувати структурні та принципові схеми високолінійних багаторозрядних (роздільна здатність – 14÷16 двійкових розрядів) АЦП слідкувального типу, що самокалібруються, із застосуванням низькоточних ЦАП із ваговою надлишковістю (інструментальна похибка ≤ 3÷5 %);
- запропонувати рекомендації щодо практичної реалізації аналогових вузлів для високолінійних багаторозрядних АЦП слідкувального типу, побудованих на базі двотактних структур, а саме: підсилювачів, буферів та інших;
- запропонувати рекомендації щодо практичної реалізації цифрових вузлів для високолінійних багаторозрядних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються;
- запропонувати рекомендації користувачу щодо використання програмного забезпечення для моделювання високолінійних багаторозрядних АЦП слідкувального типу;
- запропонувати рекомендації щодо дослідження метрологічних характеристик перетворювачів форми інформації, зокрема АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються, за допомогою спеціалізованого стенду контрольно-вимірювальних пристроїв.
Результати дослідження впроваджено у Інституті електроніки та зв’язку Української академії наук та у Вінницькому національному технічному університеті МОНУ, а саме:
- у Інституті електроніки та зв’язку УАН НП впроваджено структурно-функціональну схему АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібрується, для перетворення даних від низькочастотних сенсорів фізичних величин; метод самокалібрування АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що дозволяє забезпечувати високу лінійність перетворення. Акт впровадження затверджено 20.05.2013;
- у Вінницькому національному технічному університеті при виконанні курсових та дипломних робіт для студентів спеціальності 6.091501 з дисциплін «Комп’ютерна електроніка», «Лінійні інтегральні схеми» та при вивченні спецкурсу «Аналого-цифрова техніка» впроваджено методи підвищення точності АЦП слідкувального типу, побудованих на низькоточних ЦАП із ваговою надлишковістю; структурні та принципові схеми багаторозрядних (роздільна здатність – 14÷16 двійкових розрядів) АЦП слідкувального типу, що самокалібруються, із застосуванням низькоточних ЦАП із ваговою надлишковістю. Акт впровадження затверджено 26.05.2013 (див. Додаток А).
Особистий внесок здобувача в роботах, виконаних у співавторстві: запропоновано схему проміжного каскаду для збільшення коефіцієнта передачі [140], запропоновано схему комутатора струмів [141], запропоновано схему вихідного каскаду для підвищення швидкодії [142-145, 147], запропоновано схему вхідного каскаду для підвищення точності [146], запропоновано схему завдання режиму по постійному струму вхідного каскаду для підвищення коефіцієнту підсилення [148], запропоновано схему проміжного каскаду для підвищення коефіцієнту підсилення [149], запропоновано використання блоку керування для поєднання процедури самокалібрування та визначення цифрових еквівалентів поточного базису [155], запропоновано використання блоку керування для поєднання процедури самокалібрування та визначення цифрових еквівалентів поточного базису [156], запропоновано схему завдання режиму по постійному струму вхідного каскаду для підвищення коефіцієнту підсилення [150, 157-159], запропоновано використовувати блок пам'яті для змінення характеру генерування аналогового сигналу [151], запропоновано використовувати блок пам'яті для змінення характеру генерування аналогового сигналу [152], запропоновано методи структурно-функціональної організації генераторів компенсувального сигналу на базі неточних ЦАП із ваговою надлишковістю із застосуванням цифрових еквівалентів компенсуючого сигналу та із застосуванням межових кодових комбінацій [18, 101, 153], запропоновано схему самокалібрування для підвищення точності роботи [154], запропоновано модель некоригованих складових похибок каналу АЦ-перетворення після проведення процедури самокалібрування [102], запропоновано метод перетворення «вхідна аналогова величина – компенсуюча аналогова величина – робочий код – ЦЕ» [106, 163], запропоновано метод лінеаризації стрибкоподібної характеристики перетворення АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю [101, 104], запропоновано рекомендації щодо побудови ЦАП із ваговою надлишковістю, що самокалібруються, побудованих на неточних елементах [100, 104, 107, 122], запропоновано моделі статичних похибок генераторів компенсувального сигналу, побудованих на неточному ЦАП із ваговою надлишковістю, для багаторозрядних АЦП слідкувального типу із ваговою надлишковістю до та після самокалібрування [110], запропоновано моделі статичних похибок багаторозрядних АЦП слідкувального типу, побудованих на неточному ЦАП із ваговою надлишковістю без та з застосуванням самокалібрування [108, 109], запропоновані рекомендації щодо практичної реалізації аналогових вузлів багаторозрядних АЦП, що самокалібруються, з ваговою надлишковістю [43], запропоновано та реалізовано алгоритм обчислення похибок АЦП і ЦАП із ваговою надлишковістю [98], запропоновано та реалізовано алгоритм калібрування АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю [99].
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи було апробовано у доповідях на науково-технічних конференціях:
- «Відмовостійкі високолінійні АЦП і ЦАП із ваговою надлишковістю, що самокалібруються» на XXXVIII науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету, 2009 р.;
- «Перетворювачі форми інформації, що самокалібруються, з ваговою надлишковістю» на IV міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні проблеми радіо-електроніки, телекомунікацій та приладобудування», 2009 р.
- «Перетворення «цифровий еквівалент – робочий код – аналог» в ЦАП, що самокалібруються, з ваговою надлишковістю» на міжнародній науково-технічній конференції «Інформаційні технології та комп'ютерна інженерія», 2010 р.;
- «Статичні похибки багаторозрядних ПФІ з ваговою надлишковістю, що самокалібруються» на XXXIX науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету, 2010 р.;
- «Методи самокалібрування багаторозрядних АЦП із ваговою надлишковістю» на XXXIX науково-технічної конференцій професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету, 2010 р.
- «Лінеаризація характеристики перетворення АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю» на третій міжнародній науково-практичній конференції «Методи та засоби кодування, захисту й ущільнення інформації», 2011 р.;
- «Compensating Signal Generators for a Self-Calibrating Tracking ADC» на 11th International Conference on Development and Application Systems,
2012 р;
- «Високолінійні багаторозрядні АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю» на XLI регіональній науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств, 2012 р;
- «Multibit self-calibrating tracking ADC with weight redudancy» на 13th Kharkiv young scientists conference on radiophysics, electronics, photonics and biophysics, 2012 р;
- «Моделі похибок АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю» на XLII регіональній науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств, 2013 р.
Публікації. За підсумками наукових досліджень опубліковано 37 наукових праць, включаючи 7 статей у наукових журналах, що входять до переліку періодичних фахових видань [101-102, 104, 122, 108, 110, 163], з них 2 статті входять до наукометричної бази РІНЦ, 1 стаття у науковому журналі, що входить до наукометричної бази Scopus [43], 20 патентів на корисну модель [140-159], 2 свідоцтва про реєстрацію авторського права на твір [98-99], 7 тез доповідей на конференціях [18, 101, 104, 106-107, 109-110].
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, що містять 73 рисунки і 24 таблиці, висновків, списку використаних джерел (186 найменувань) і додатків. Загальний обсяг дисертації складає 176 сторінок. Основний текст складає 115 сторінок.

Список литературы

ВИСНОВКИ

Основні результати досліджень такі:
1. Запропоновано методи підвищення лінійності характеристики перетворення АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю шляхом самокалібрування на базі: межових кодових комбінацій; таблиці перетворення «робочий код-цифровий еквівалент». Показано, що застосування запропонованих методів дозволяє покращувати точносні характеристики АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, побудованого на неточних елементах, без визначення коригувальних поправок та відповідної втрати швидкодії.
2. Проаналізовано та складено математичні моделі складових статичних похибок генераторів компенсувального сигналу, а також багаторозрядних АЦП слідкувального типу, побудованих на неточному ЦАП із ваговою надлишковістю, до та після самокалібрування, що дозволило оцінити абсолютну похибку компенсувального аналогового сигналу при використанні запропонованих методів та як наслідок оцінити їх ефективність.
3. Запропоновано комплексний критерій ефективності розроблених методів з урахуванням витрат обладнання, що дозволило довести, що застосування запропонованих методів дає змогу істотно (на 1-2 порядки) зменшити похибку генерування компенсувального сигналу і таким чином підвищити точність всього АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, а також навести порівняльні оцінки запропонованих методів.
4. Проаналізовано можливості побудови генераторів компенсувального сигналу, а також багаторозрядних АЦП слідкувального типу на базі неточних ЦАП із ваговою надлишковістю, що самокалібруються. Запропоновано структурні схеми високолінійних багаторозрядних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються, а також структурні схеми генераторів компенсувального сигналу для таких перетворювачів. Розглянуто підходи щодо структурно-алгоритмічної організації прямого і зворотного перетворення «робочий код – ЦЕ» для АЦП і ЦАП із ваговою надлишковістю, що самокалібруються. Показано, що реалізація вказаних перетворень здійснюється з використанням відомих обчислювальних вузлів, що працюють у двійковій системі числення. Це не вимагає побудови оригінальної елементної бази і дозволяє застосовувати серійні цифрові мікросхеми.
5. Проаналізовано статичні і динамічні характеристики аналогових вузлів високолінійних багаторозрядних АЦП із ваговою надлишковістю, що самокалібруються. Запропоновано математичні вирази для оцінювання параметрів вказаних аналогових вузлів. Надані рекомендації щодо практичної реалізації аналогових та цифрових вузлів високолінійних багаторозрядних АЦП із ваговою надлишковістю, що самокалібруються. Запропоновано використовувати підсилювачі постійного струму та буферні пристрої, що побудовані за двотактними симетричними структурами, оскільки вони володіють кращими характеристиками. Показано, що одним із перспективних підходів є використання програмованих логічних схем.
6. Досліджено характеристики макетного зразка багаторозрядного АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібрується. Доведено, що застосування запропонованих підходів дає змогу забезпечити похибку перетворення такого пристрою на рівні ваги молодшого розряду.
7. Розроблено програмне забезпечення для моделювання високолінійних багаторозрядних АЦП слідкувального типу з ваговою надлишковістю, що самокалібруються, що дозволяє оцінити характеристики розроблених перетворювачів та визначити їх оптимальні параметри.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. 23A1024/23LC1024 1Mbit SPI Serial SRAM with SDI and SQI Interface [Електронний ресурс] / Microchip // офіційний сайт. – Режим доступу: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/25142A.pdf
2. 23A256/23K256 256K SPI Bus Low-Power Serial SRAM Data Sheet [Електронний ресурс] / Microchip // офіційний сайт. – Режим доступу: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/22100c.pdf
3. 23A512/23LC512 512 Kbit SPI Serial SRAM with SDI and SQI Interface [Електронний ресурс] / Microchip // офіційний сайт. – Режим доступу: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/25155A.pdf
4. 23A640/23K640 64K SPI Bus Low-Power Serial SRAM Data Sheet [Електронний ресурс] / Microchip // офіційний сайт. – Режим доступу: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/22126c.pdf
5. AD5024/AD5044/AD5064 Fully Accurate, 12-/14-/16-Bit VOUT nanoDAC, Quad [Електронний ресурс] / Analog Devices // офіційний сайт. – Режим доступу: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD5024_AD5044_AD5064.pdf
6. AD5444/AD5446: 12-/14-Bit High Bandwidth Multiplying DACs with Serial Interface [Електронний ресурс] / Analog Devices // офіційний сайт. – Режим доступу: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD5444_5446.pdf
7. AD5450/AD5451/AD5452/AD5453: 8-/10-/12-/14-Bit High Bandwidth Multiplying DACs with Serial Interface [Електронний ресурс] / Analog Devices // офіційний сайт. – Режим доступу: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD5450_5451_5452_5453.pdf
8. AD5530/AD5531 Serial Input, Voltage Output 12-/14-Bit Digital-to-Analog Converters [Електронний ресурс] / Analog Devices // офіційний сайт. – Режим доступу: http://www.analog.com/static/imported- files/data_sheets/AD5530_5531.pdf
9. AD5601/AD5611/AD5621 2.7 V to 5.5 V,