Аналого-цифрові тракти перетворення високочастотних сигналів з коригуванням нелінійності

Abstract

Дисертацію присвячено розробці методів розширенню динамічного діапазону аналого-цифрового тракту (АЦТ) ВЧ-сигналів комп’ютерних систем шляхом коригування нелінійності характеристики перетворення (ХП) тракту. Удосконалено математичну модель нелінійності АЦТ перетворення ВЧ- сигналів, яка враховує вплив кожного рівня квантування на загальну нелінійність тракту, що спрощує процес визначення динамічного діапазону АЦТ та підвищує наочність оцінювання гармонічних спотворень сигналу. Запропоновано метод цифрового коригування нелінійності АЦТ перетворення ВЧ-сигналів, який використовує оброблення вибірок тестового сигналу у часовому та частотному поданні для формування коригувальних членів, що дає можливість розширити динамічний діапазон АЦТ. Отримано аналітичні вирази для оцінювання динамічного діапазону АЦТ з коригуванням, які враховують потужність завад, параметри вхідних сигналів і точність формування поправок. Удосконалено метод аналого-цифрового перетворення ВЧ-сигналів з додаванням додаткового шумоподібного сигналу, який використовує як додатковий вузькосмуговий шум, спектр частот якого знаходиться за межами частотного діапазону корисного сигналу і амплітуда цього шуму перевищує значення кроку квантування АЦП. На базі запропонованої інженерної методики побудови розроблено структуру АЦТ, в якому застосовуються метод цифрового коригування нелінійності та структуру АЦТ ВЧ-сигналів на базі модифікованого методу аналого-цифрового перетворення з додаванням шумоподібного сигналу.

Диссертация посвящена разработке методов расширения динамического диапазона аналого-цифрового тракта (АЦТ) ВЧ-сигналов компьютерных систем путем корректировки нелинейности характеристики преобразования (ХП) тракта. Усовершенствована математическая модель нелинейности аналого- цифрового тракта компьютерных систем цифровой обработки ВЧ-сигналов которая за счет использования базиса дискретных функций Фурье, учитывает влияние каждого уровня квантования на общую нелинейность тракта, что уменьшает массив обрабатываемых данных до уровня отдельных выходных разрядов АЦТ и соответственно упрощает процесс определения реального динамического диапазона АЦТ и повышает наглядность оценки уровня гармонических искажений сигнала в исследуемом тракте. Предложен новый метод цифровой корректировки нелинейности аналого- цифрового тракта ВЧ-сигналов, использующий обработку выборок тестового сигнала во временном и частотном представлении для формирования корректирующих членов. Получены аналитические выражения для оценки динамического диапазона АЦТ с корректировкой, которые учитывают мощность помех, что являются следствием нелинейности ХП, параметры входных сигналов и точность формирования поправок, что позволяет определить эффективность метода цифровой корректировки нелинейности АЦТ ВЧ-сигналов и избрать необходимый режим калибровки тракта. Усовершенствован метод аналого-цифрового преобразования ВЧ-сигналов с добавлением дополнительного шумоподобного сигнала, который использует как дополнительный узкополосный шум. Выполнен синтез и анализ основных аппаратных и программных составляющих АЦТ преобразования ВЧ-сигналов. Разработана структурная схема аналого-цифрового тракта преобразования высокочастотных сигналов, в котором используется метод цифровой корректировки разрядной нелинейности АЦТ, а также разработана блок-схема алгоритма калибровки ХП АЦТ, при этом достигается широкий динамический диапазон тракта. Разработана структурная схема АЦТ преобразования ВЧ-сигналов на базе модифицированного метода аналого-цифрового преобразования высокочастотных сигналов с дополнительным шумоподобным сигналом, что характеризуется широким динамическим диапазоном. Выполнено компьютерное моделирование на уровне принципиальных электрических схем АЦТ з корректировкой нелинейности и АЦТ с дополнительным шумом.

The thesis is devoted to developing dynamic range expansion methods for the analog-digital path (ADP) of computer system HF signals by correcting the path conversion characteristics (СС) non-linearity. The mathematical model for non-linearity of the analog-digital path used in computer systems processing HF signals is improved. The model takes into account every quantization level impact due, accordingly simplifies process of the ADP real dynamic range determination and increases obviousness of signal harmonic distortion estimation. The new method of digital correction for the HF signals analog-digital path non-linearity is proposed, it uses processing test signal samples at time and frequency representations to form correcting components and its dynamic range expansion. Analytical expressions for the ADP dynamic range estimation with correction are obtained, which consider noise power, input signals parameters and adjustment formation accuracy. The method of HF signals analog-digital conversion with adding an auxiliary noise-type signal is improved, it uses narrow-band noise as auxiliary one, whose spectrum is out of the desired signal frequency range and its amplitude exceeds the ADC quantization step. The ADP structure using the non-linearity digital correction method and the HF signals ADP structure based on the modified method of the analog-digital conversion with adding a noise-type signal are developed on a base of the offered technical strategy.