Високопродуктивні АЦП із змінними тривалостями тактів порозрядного наближення з ваговою надлишковістю

Abstract

Дисертаційна робота присвячена дослідженню високопродуктивних АЦП зі змінними тривалостями тактів порозрядного наближення з ваговою надлишковістю. Загальний науковий результат роботи – розв’язано науково-технічну задачу підвищення продуктивності АЦП порозрядного наближення з ваговою надлишковістю за рахунок скорочення часу перетворення при збереженні роздільної здатності, що дозволяє розширити сферу застосування порозрядних перетворювачів аналог-код. Запропоновано метод підвищення продуктивності АЦП послідовного наближення з ваговою надлишковістю шляхом збільшення швидкодії, що досягається зменшенням часу врівноваження за рахунок застосування змінних тривалостей тактів прискореного порозрядного врівноваження й автоматичного регулювання чутливості операції порівняння аналогових сигналів. Подальшого розвитку отримали математичні моделі статичних і динамічних похибок прискореного порозрядного врівноваження з ваговою надлишковістю, що враховують використання операції порівняння аналогових сигналів із регульованою чутливістю. Це дозволяє визначити оптимальний розподіл вагової надлишковості для компенсації статичних та динамічних похибок. Запропонований підхід дозволив побудувати структурні схема високопродуктивних АЦП порозрядного наближення із ваговою надлишковістю, де введення вагової надлишковості здійснюється шляхом використання ненадлишкових двійкових ЦАП. Це дозволяє уникнути використання спеціальної елементної бази для побудови АЦП із ваговою надлишковістю.

Диссертация посвящена исследованию высокопроизводительных АЦП с изменяющимися длительностями тактов поразрядного приближения с весовой избыточностью. Общий научный результат работы – решена научно-техническая задача повышения производительности АЦП поразрядного приближения с весовой избыточностью за счет сокращения времени преобразования при сохранении разрешения, что позволяет расширить сферу применения поразрядных преобразователей аналог-код. Предложен метод повышения производительности АЦП последовательного приближения с весовой избыточностью путем увеличения быстродействия, что достигается уменьшением времени уравновешивания за счет применения изменяющихся длительностей тактов ускоренного поразрядного уравновешивания и автоматического регулирования чувствительности операции сравнения аналоговых сигналов. Дальнейшее развитие получили математические модели статических и динамических погрешностей ускоренного поразрядного уравновешивания с весовой избыточностью, учитывающие использование операции сравнения аналоговых сигналов с регулируемой чувствительностью. Это позволяет определить оптимальное распределение весовой избыточности для компенсации статических и динамических погрешностей. Предложенный подход позволил построить структурные схемы высокопроизводительных АЦП поразрядного приближения с весовой избыточностью, где ввод весовой избыточности осуществляется путем использования неизбыточных двоичных ЦАП. Это позволяет избежать использования специальной элементной базы для построения АЦП с весовой избыточностью и применять серийную существующую элементную базу в виде двоичных ЦАП.

The dissertation is dedicated to the investigation of high-productive ADCs with changing tact durations of successive approximation with weight redundancy. The total science result – the science-technical task of productivity increasing of successive approximation ADC with weight redundancy has been solved, owing to conversion time decrease with resolution saving. It allows to increase the scope of using analog-to-digital converters. The method of productivity increase of successive approximation ADC with weight redundancy is proposed, owing to operations speed increase, which is reached due to conversion time decrease, thanks the usage of changing tact durations of successive approximation and automatic regulation of analog signals comparison operation sensitivity. Mathematical models of static and dynamic errors of fast successive approximation with weight redundancy, which takes into consideration regulation of analog signals comparison operation sensitivity are elaborated. It allows to define optimal distribution of weight redundancy for static and dynamic errors compensation. The proposed approach allowed to build structure schemes of high-productive successive approximation ADCs with weight redundancy with DAC with weight redundancy based on non-redundant binary DACs. It avoids the usage of special components for building ADCs with weight redundancy and allows using serial components in the form of binary DACs.