Високоточні порозрядні АЦП, що самокалібруються, з ваговою надлишковістю для систем цифрової реєстрації і обробляння аналогових сигналів

Abstract

Дисертація є подальшим розвитком теорії аналого-цифрового перетворення на основі надлишкових позиційних систем числення і присвячена дослідженню методів самокалібрування високоточних порозрядних АЦП, побудованих на неточній елементній базі. Показано, що всі паралельні ЦАП, що використовуються в порозрядних АЦП, діляться на ЦАП з безпосереднім балансом похибок та ЦАП з приведеним балансом похибок. Досліджено та вдосконалено методи самокалібрування ваг розрядів за стратегіями „знизу-догори” та „згори-донизу”. Доведено, що похибки врівноваження, після самокалібрування мають нормальний закон розподілу. Виведені аналітичні залежності, що дозволяють визначити оптимальні, з точки зору точності, параметри процедури самокалібрування. Запропоновано методику евристичного синтезу структур порозрядних АЦП, що самокалібруються.

Обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы; представлены сведения об апробации, публикациях и реализации работы. В работе выполнен анализ существующих методов повышения точности аналого-цифровых преобразователей. Предложено условно делить все параллельные ЦАП, используемые в поразрядных АЦП, на ЦАП с непосредственным балансом погрешностей и ЦАГІ с приведённым балансом погрешностей. Получили дальнейшее развитие методы уменьшения погрешности аналого-цифрового преобразования в АЦП с весовой избыточностью, построенных с использованием низкоточних аналоговых узлов. Исследованы и улучшены методы самокалибровки весов разрядов по стратегии „снизу-вверх” та „сверху-вниз”. Показано, что погрешности уравновешивания после самокалибровки имеют нормальный закон распределения, что позволяет оценивать эффективность процедур самокалибровки, используя параметры распределения (математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение), а также повышать точность АЦП путём усреднения результатов нескольких самокалибровок. Выведены аналитические зависимости, которые позволяют определить оптимальные, с точки зрения точности, параметры процедуры самокалибровки. Предложены варианты уменьшения времени самокалибрвки. Разработаны методики эвристического синтеза структур поразрядных самокалиброваных АЦП для стратегий „снизу-вверх” и „сверху-вниз”, при этом задаются оптимальные параметры для повышения точности. Представлены рекомендации по проектированию и использованию высокоточных поразрядных самокалиброваных АЦП в системах цифровой регистрации и обработки аналоговых сигналов.

The dissertation presents further development of the theory of analog-to-digit conversion on Lhe basis of redundant position number system. The methods of selfcalibration of high-precision successive approximation ADC built on inaccurate elements are considered. It was shown, that all parallel DAC, used in successive approximation ADC, are divided into DAC with direct error balance and DAC with adjusted error balance. The methods of self-calibration of digit weights by “bottom-totop” and “top-to bottom” strategies are developed. The conversion errors are proved to have normal distribution after self-calibration. The analytical dependences to determine optimal parameters of self-calibration procedure providing minimal errors are derived. The principles of heuristic synthesis of successive approximation self-calibration ADC structures are proposed.