Шапошніков Олег Валентинович. Дослідження та розробка високоточних конвеєрних аналого-цифрових перетворювачів із ваговою надлишковістю

Краткое описание

Шапошніков Олег Валентинович. Дослідження та розробка високоточних конвеєрних аналого-цифрових перетворювачів із ваговою надлишковістю: Дис... канд. техн. наук: 05.13.05 / Вінницький держ. технічний ун-т. - Вінниця, 2002. - 229 арк. : іл. - Бібліогр.: арк. 163-178.

Шапошніков О.В. Дослідження та розробка високоточних конвеєрних аналого-цифрових перетворювачів із ваговою надлишковістю. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 2002.
Дисертацію присвячено підвищенню точності високопродуктивних конвеєрних АЦП за рахунок використання вагової надлишковості у вигляді надлишкових позиційних систем числення (НПСЧ). Розроблено метод формування нерозривної передатної характеристики за рахунок обрання такого рівня вагової надлишковості, який би відповідав рівню інструментальних похибок елементної бази. Розроблено методи зменшення похибок конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю шляхом проведення процедури самокалібрування ваг розрядів. Проведено оцінювання ефективності уведення вагової надлишковості та складності таких конвеєрних АЦП у порівнянні зі звичайними конвеєрними АЦП. Запропоновано рекомендації щодо використання сучасних САПР під час проектування конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю та побудови на їх базі високопродуктивних систем реєстрації та обробки аналогових сигналів.

У дисертаційній роботі виконано дослідження, присвячені підвищенню точності конвеєрних АЦП, реалізованих на низькоточних аналогових вузлах і блоках, за рахунок використання вагової надлишковості у вигляді надлишкових позиційних систем числення.
Основні результати досліджень є такими:

Проведено аналіз сучасних принципів побудови конвеєрних АЦП та методів підвищення їх точності. Показано, що цей клас перетворювачів є перспективним, оскільки має такі суттєві переваги: високий рівень продуктивності та відносно низький рівень споживання потужності.
Наведено огляд принципів уведення надлишковості у високопродуктивні АЦП порозрядного врівноваження, а також запропоновано метод використання вагової надлишковості для формування нерозривної передатної характеристики високопродуктивного АЦ-перетворення конвеєрних АЦП, побудованих на низькоточній елементній базі.
Уперше запропоновано моделі статичних похибок високопродуктивних конвеєрних АЦП, побудованих на низькоточній елементній базі, отримано аналітичний зв’язок із необхідним рівнем вагової надлишковості, який слід використовувати у такому конвеєрному АЦП для забезпечення нерозривності передатної характеристики АЦ-перетворення.
Запропоновано методи калібрування ваг розрядів високопродуктивних конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю, побудованих на низькоточній елементній базі, за стратегіями знизу-догори” та усі одразу”, які дозволяють значно підвищити точність перетворення у порівнянні з первинною точністю.
Проведено аналіз ефективності уведення вагової надлишковості для зниження вимог щодо точності завдання параметрів елементної бази та підвищення швидкодії пристрою порівняння аналогових величин та пристрою формування та підсилення аналогової різниці, а також проведено аналіз складності запропонованих структур. Показано, що для зниження вимог до первинних похибок елементної бази найбільш ефективними є значення: a=1.37 та a=1.596, а складність запропонованих високоточних конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю менша у 25 разів у порівнянні зі складністю серійних високоточних конвеєрних АЦП (порівняно із AD922x фірми Analog Devices у 2.825 рази, ADS8xx фірми Burr-Brown 2.095, MAX1200 фірми MAXIM 3.932).
Запропоновано методи побудови структур високопродуктивних самокаліброваних конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю, що дозволяє зменшити як апаратурні витрати на побудову окремого каскаду врівноваження і зменшити загальну кількість каскадів врівноваження, які входять до складу блоку перетворення, та підвищити швидкість перетворення.
Розроблено рекомендації щодо побудови високопродуктивних систем реєстрації та обробки аналогових сигналів із підвищеною стабільністю метрологічних характеристик на базі високоточних самокаліброваних конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю, побудованих на низькоточній елементній базі, за рахунок калібрування ваг розрядів, що дозволяє підтримувати задану точність перетворення під час змінення умов навколишнього середовища та протягом часу експлуатування. Надано рекомендації щодо проектування конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю у вигляді напівзамовних ВІС, програмованих аналогових матриць та з використанням досягнень SI мікросхемотехніки.
Запропоновано рекомендації щодо використання сучасних САПР під час проектування аналогової частини конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю, а також розроблення спеціалізованого програмного забезпечення для комп’ютерного моделювання процесу перетворення в самокаліброваних конвеєрних АЦП із ваговою надлишковістю.