автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка теории аналого-цифрового преобразования на основе избыточных позиционных систем счисления

впрт||1м^ ДЕРЖЛВИИЙ ТКХШ'ПШЙ УШПКРСИТГГ

- 2 ЯНВ 1995

На правах рукопису

Азаров Олсксш Дмитрович

Розробка тсорн аналого-цифрового псретворенкя на оспов{ иаллншкопих позицпшнх систем численнн

Смецкш.тсть: 05.11.16 - ¡нформпшНно-шш^рюпплмп сисгсми

(п мауш та промислоносп)

Автореферат

лисертацм па здоПултя маукопого ступеия локторл техшчнмх паук

Вшниця - 1994

Дисертац'гею е рукопис.

Робота виконана на кафедр1 обчислювальноТ техшки Вшницького державного техшчного ушверритету.

Офщшш опоненти: доктор техшчннх наук, професор

К0НДАЛ6В АндрШ 1ванович, доктор техшчних наук, професор

СКРИПНИК ЮрШ ОлсксШович, доктор техшчних наук, професор

ВОЛОДАРСЬКИЙ бвген Тимофшоеич. Проврана установа: 1нститут проблем математичних машин та систем HAH Укра'ши (м. Кшв).

Захист вщбудеться » _1995р. на засшанш

спеидал1зовано1 BMeiioi ради Д 10.01.01 у Вмшицькому державному техшчному ушверситет! за адресою: 286021, Вшниия, вул. Хмельнииьке шосе, 95.

3 днсерташсю можна ознайомитись у 6i6flicrreui

Вшницького державного техничного ушверситету. Автореферат розгсланкй » ^jft/ßUS: 1994р.

Учений секрегар спешалгхшансл ради. ~ ЮХИМЧУК С.В

- 3 -

1. ЗАГМЪНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТ И

Актуалыпсть .проблеми. Аналогово-цифров! перетворюва-it (Ш) у сукупност! з цифроаналоговими (ЦАП) створгють клас поретворгвач1в форми !нФормац!Т (ПФП.котр! досить-часто ви-корястовувть разом !з ЦОМ у склад! р!зномая!тних систем. При цьому АЦП та ЦАП розглядагться як системн! перетворшач! !н-формацН (СП1). Причому СП1, в свою чоргу, впконують роль аналого-цифрових Шдсистем, як! в залекност! в!д призначення систем реал!зують функц!! сполучення з об'ектсм, аналого-цифрових контролер!в, !нтерфойс!в, спецпроцесор!в, Шдсистем гестування, збору й обробки вим1рвввльно! 1нформацП,анэл1зу й синтезу сигнал!в та !нше.

Особливо еерйозн! вимоги висуввгться шодо характеристик СП1, як! входять до складу !иформоц!{Ью-вкм!рювальн1ПС систем (IBC). В першу чергу це в точн!сть та швидкод!я. Удо-сконалгввння вказаних характеристик в цонтралымм напрямком досл1дкень у галуэ1 отримання, перетворення та обробки ана-логовот !нформац11. Розв'язанням проблем п!двкпення точност! та швидкоди тривалий час займались науков1 школи А.Г. Коя-двлева, В.Б.Смолова, E.I.riTlco, П.П. Орнатського, Б.1. 111ве-цького, О.П. Стахова, D.M. Туза, В.М. Шляндинп, М.П. Цопонка та 1нш.

Традиц!йно вквзвн! проблема виршуввлись 1 чвстково В1гр!шуються за рахунок використання б!л1.ш досконалот «элементно! бази. Проте в умовах, коли мокливост! технологи вн-черпан!, потр!бн! нов! принципово !нш! п!дходи, що базуються на введенн! надлишковост1 на р1зних р1внях прооктуваннй систем та гграстротв: функц!онально-алгоритм!чнсму, структурно-

_ 4 -

схемотехн!чному та !Нформац!Иному.

Шл зазначити, що перший та другий напрямки достатньо тривалий перíод знаходять м!сце в теоретичшг доилгдхвннях ряду науковах шк!л I дали свот лозитивн! насл1дки.Проте зге-дан! п!дходи в основному дозволяють розв'язувати т!льки одщ з'проблем: аоо щдвщення точност!, або - швидаодП. В зв»язку з цим певну н!шу займають дасл!джешя» що спрямаван! на комплексна виршення проблем точност! та шввдкодН шляхом введения в СП1 !йформац!йно! надлшдковост!, зокрема, у форм! надлишкових позиц!йних систем числення (НПСЧ). Актуальнють цього напрямку п!дтвердкувться позитивними практичними результатами як в УкрагнГ, так í за кордоном.. Причому НПСЧ, до використовувться в СП1, в загальному вкладку сл!д розглядвти як внутр!шню (робочу) по в1дношвнню до OCHOBHOI (дв1йковот) системи числення* у котр!й функцюнувть цифров! обчислювальн! пристрот в рамках структура IBC.

Метою дослГджень е розробка теори аналого-цифрового пе-ретворення на основ!,НПСЧ,!н*енерних методик та рекомендаШЯ по проектуваншо високоточти швидкодШчих АЦП ! ЦАЛ високот розд!льност!, а такок 1нформац1йно-вим!рювалъни1 систем !з застосуванням цих 1фистротв .

Поставлена мета досягевться розв'язанням задач, до скла-° ду яких входять:

- розроОкв Я анвл!з способ!в п!двищення точност! АЦП серед-ньох та високо! швидкодп;

- розробка методик досл1дхень I складення математичних моделей динамгчних похибок-АЦП на основ! НПСЧ;

- розробка й анал!з способ!в Шдвищення швидкост! аналого-цифрового поритвороння на основ! НПСЧ;

- побудова критерии'та оц!шовання ефективност! використан-ня НПСЧ на етвп! проектування при сп!льному п!двищ9нн! точ-ноот! та швидкод!! СП1;

- розробка рекомендац!й по проектування високоточнях само-квл!брувчих 1 сакокоригуючих швидкод1ючих АЦП, систем цифро-вот реестрац!! й обробки аналоговот 1нформац!! на гх основ!, а такой аналоговых вузл!в СП1 на перспективна елементн!й Саз!.

Мэтоди досл!джень базуються на математичному моделювгшн! процес!в аналого-цифрового перетворення.теор!! чисел,чисель-1гих методах обчислювань, теорИ !нформац!т,методах машинного анал!зу електронних схем, теорИ сигнал!в та апарзт! споц!-алытх функц!й та теорИ Еим1рювань.

Наукова новизна полягае в розробц! теорП аналого-цифрового перетворення на основ1 НПСЧ, яка обгрунтонуа можлив!сть комплексного вир!шоння проблем п!двищення то-пюст! та швидкод! т АЦП високог розд!лыюст! шляхом введения !нФормац!йноГ надлшковост! у форм! ШСЧ.Отрлман! розультати в ловим ввго-мим внеском у. розвиток загальнот теор!Г пер9твсргапч1в формй !нформац!г в напрямку створешш високоточних швидкод!ючих АЦП системного застосування.

Практична ц!нн!сть полягае в тому, що: - розроблено методику ефективного вибору НПСЧ, яка дозволяв на втвп! проектування розрахувати умови функтонувоиня, зв якими сп!льне п!двищення точност! й досягнення максимально! швидкод!! системного АЦП зд!йснветься з м1н1мальйими додат-ковими витратами обладнвння; •

• - розройлэн! рекомендацИ по проектування самокал!бруючих ! сомокоркгувчих швшшодИочих АЦП , а такой висскоточних анид-

код!ючих систем цифровог реестрацИ й обробки аналоговоТ !н-фэрмацИ на ix основ!; - розроблен! !нженерн! рекомевдаци по схемотехн!чному про--ектуваннв аналогових вузлГв АЩ t ЦАП на основ! НПСЧ з рва-. л!зац!вю на перспективна елементн1Й баз! у вигляд! наМвза-мовних BIC;

-створено програмне забезпечення, що дозволяв на етап! про-ектування шляхом моделювання оц1нювага швидкод!ю АЦП ори зм!нюванн! параметра та умов перетворення.

Основн! науков! положения , що виносяться на захист. В облает! загальног теор!1:

1. Принцип комплексного Шдащення точносх! та швидкост! аналого-цифрового порозрядного перетворення високо! розд!ль-ност!, який основано на введенн! 1нформац!йно1 надлишковост! на р!вн! вибору система числення.

2. Способн п!дввдення точност!, в такок прискорення аналого-цифрового перетворення на основ! НПСЧ з використовуванням та без використовування форсуючих аналогових сигнал!в.

3'. Методики досл!дж8нь динам!чних похибок ! складення ыатема-тичних моделей похибок усталення компенсуючого сигналу при прискореиному аналого-цифровому перетворенн!. 4. Математичн! модел! похибок усталення при прискорбному са- ' мокомпенсуючому й форсованому перетворенн! на основ! НПСЧ (1,Т) та НПСЧ (0,1), а також модел! вх!дних та форсуючих ком-шнеуючих аналогових сигнал1в.

Б.Математичн! модел! похибок усталення при прискореному аналого-цифровому перетворенн! на основ! НПСЧ з урахуванням впливу додатковлх чинник!в: ненульових початкових умов вр!в-новаження, типу пврех!дного процесу при формуванн! компеису-

- 7 -

ючого сигналу, змШюванн! р!вня вх!дного сигналу. 1 У твори проектувення:

1. Методика та притер!г ефективного вибору ШСЧ при вводенн! 1нформ8ц1йно1 надлкшковост!, що дозволять Шдвгадувати точность та досягати максимальног швидкод!! АЦП з м!н!мальнимй додатковими витратами обладнання.

2.Рекомендац11 по структурному проектувакню високоточних самокал Юрусчих та самокоригуючих швидкод1ючих АШ i ЦАЛ висо-ко! розд!лъност!, а також систем цкфровот реестрац1Т та об-робки анелоговог !иформац!Г на ix ochoeI.

3. lH*9HepHt рекомендацП по схемотэхн!чному проектуваншо аналоговых вузл!в системнкх АЦП i ЦАП на основ! НПСЧ з реа-л!зац!вю не перспективой елементнШ баз} у вигллд! BIC.

Реал1зац1я результата досл!Дженъ. Основн! положения, методики,- рекомендшит та висновки використан! при проекту-ванн! й розробц! високоточних швидкод1вчих АЦП 1 ЦАП високо! розд!льност!, систем цифровот рвбстрац!Г Я обробки аналого-BOI 1нформац!т на ix основ!, а тако* у нэвчальному процес!. Впровадкен! вироби та пристрот:

- бвгатоканальна 1нформац1йно-вим!рюввлыт система збрру та реестрацн сейсмоакустично! 1нформац11 ПАСМ-120;

- ввтоматизований анал!затор параметр!в тракт!в звукового мовлення на баз! швидкодшчих самокоригуючих АШ 1 ЦАП, спо-лучених з ПЕОМ типу IBM PC/XT/AT;

- комплект високоточних самокоригуичих аналого-цифрових мо-дул!в та вим!рювалъних блок!в для ПЕОН типу IBM PC/AT (СА1Щ-МКЗ, СПАК-2, БПФ1-1С, БП1-03);

- комплект твердотглышх нап1взвмовнях BIC анало1ч>вих вузл!в зясокото^нгас ивя.щюд{ггпи АЦП ! ЦАП (високочутлива схема по-

1вняння струм!в, перотворювач код-струм, бисоколШйний швид-' кЮний ППС для пристрою виб1рки та збер!гання аналоговшс сиг-нал!в, схема погодження лог!чти р!вн!в)..

У навчальному процес! матер!али дасертацН використову-рться при читзнн! лекШйних курс1в . "Схемотехн1ка ЕОМ", "Перетворювач! 1нформац1Г та аналого-цифров! м!кропроцесо-ри",иТеор1я та автомагдзаЩя сроектування ЕОМ", а такой при проведена! лаборатории роб1т,практичная занять, курсового а дипломного проектування студентами спец!альностей .2201 та Е47 у В1нницькому державному техшчному ушверситет! Я воображен! в навчальних пос1бнтах:

1. Высокопроизводительные цреобразователи информации на основе избыточных систем счисления / А.П. Стахов. А.Д. Азаров, В.П. Марценюк и др, - К.:УМК,1988»-180 с,

2. Избыточные позиционные системы счисления в технике преобразования информации // Избыточные системы счисления, моделирование, обработка данных и системное проектирование в технике преобразования информации; Учеб. пособие, - К. Вища шк., 1990, С,62-105.

Зв'язок теми дисертаЩТ з плановими досл1дженнями.

Робота виконувалась у в1дпов1даост! до таких йостанов, наказ!в та програм:

1. Постанова ПрезидМ АН Украгни в!д 14.06.89 "Кода й комп'ютери Ф1боначч1.Новий п1дх!д до створення вим1рювальних, обчмслювальних та керуючих систем нових покол!нь".

2. Наказ Шнвузу УРСР N78 в1д 21.03.91 року. Тема Д-8 "Розвиток теорИ чисел ФЮоначч! й створення нових |нформа-Щйних ари4метичних' 1 схемотехШчних основ самоконтролшочих

t BtiWORocTtltKiix., шсоконод1 йних обчислювальних, вя?л1рюпаль-них, 1нформац1Яно-ровстрац1йних систем, систем породеч! Я Bt-добрвження 1нФормац!1".

3. Науково-техмчна програма ДКНТ 6.04.04 "В1дкрит1 1н-формац!йно-вим1рвЕальн1 системи та автоматизация вим!рювань".

'4. Наказ ВШ в!д 30.04.92. Тема 52-Д51 "Проектування м1-кроелектронних еналого-цифрових вузл!в для швидкод1ючих гге-р9Творивач1в форда 1нформац11 на основ! НПСЧ".

Б. Програма м!нмашпрому УкраПШ #48 "Створення конку-рептно-спромокних звсоб!в в!дображ<эшя 1нформац1г й технологи IX виробгощтва". Тема "Створення та сер!йне освоения 16-розрядних IBM сумЮних самокоригуючлх АДП 1 ЦАП для висо-коточних систем вим1ргвзнъ, цифрово! обробки Т8 В1ДОбраКОШ!Я вим1рвваль;ют !нформзц!1".

Апробац!я роботи . Положения дисертацП та результвти досл1джень допов!дались i обговорпзолись на:

- IV-VI Всесосзких те VII М!жнародному симпоз!умах "Проблема створення перетворювач1в форми 1нформац! Г* Ки1в, 1980, 1984, 1988, 1992 pp.;

- республ!квнських науково - техн!чних конфорещЦях "Питания Teoptr та проектування перетворювач!в Форми *нфор-мац!1" - Ки1в, В1нниця, Терноп1ль, 1983 - 90рр.;

- республ!канськ1й конференци "Питания проектування та практичного використовування ПФ1 в керуючих та обчислиь вальних комплексах" - Одеса, 1990р.;

- Всесовзних конференц!ях по вим!рювальним 1нформа-Щйним системам "IBC - 81" - Льв1в, 1932р та "IBG - 35" -В1нниця, 1985pp.;

- Всесоюзных конфоренц!ях "Метода та м!кроолактронн1

- ю -

засоби цифрового перетворения та обробки сигнал!в" - Рига, 1983, 1939рр.; . г

-Всесоюзна конферещИ "Функц1ональна оптоелектро-н!ка в оОчислювальн!й техн!ц! а пристроях керування" - Тб!-Л1с1, 1986р.; •

' Всесоюзной конференци "Оптоелэктронн! метода А засоби обробки зображень" - В1нниця - ТбШс!, 1987р.;

- республ!канськ1й науково - техн!чн!й конференци "Перспактиви розвитку та застосування швидкодгвчих первтво-рюввИв форми даних" - В1льшос, 1985р.;

- Всесоюзна науково-техн!чн!й конференци "Перспек-тиви розвитку техн!ки радЮмовного прийоцу, рад!омовлавня, звукоп!дсилювання та акустики" - Лен!нград, 1988р.;

- науково-техн!чн1й конференци крагн СВД "Контроль та керування в техн!чних системах" - В!шшця, 1992р.;

- щор!чних науково-техн!чних конференц!ях професорсь-ко-викладацького складу В!шшцького пол!техн!чного 1нституту

- В1ННИЦЯ, 1979-1994рр.

ЦуСл!кац!1. По тем! дисертацн оцубл!ковано 103 робота, у тому числ! 2 ыавчальних пос!бника, отримано Б заруб!а-нзх патент1в та 63 авторських св!доцтва на винах!д; 11 роб1т опуйп1ковано без сп!вавтор!в. результата виконаних досл!д-хэнь в!дображен! кр!м того в звнах по ЦЦР.

Структура та обсяг дисертацп. Робота склвдаеться 1э вступу, п'яти глав, висновку, списку використаних даерел та додатк!в. ДисертаЩя мае загалышй обсяг 438 стор!нок,з яких основний зм!ст мютиться на 296 стор1нках, включаючи рисунки та таблиц! на БЗ стор!нках,список використаних джерел !з 240

- 11 -

наймануяань на 26 стор!нках: додатки - на 117 сторШках.

Автор вислозлюе щиру подяку 0. П. Стахову за п!дтримку та допомогу в проведенн! досл!джень.

2. 3MICT РОБОТИ

У вступ! обгрунтовуеться актуальмсть проблем досл!джу-ваиъ.Охарактеризовано наукову новизну та практичну значим!сть одержышх розультаПв, показано зв'япок проблем, що розв'я-зуиться з планами наукозих досл{даень. Приведено структуру та коротку анотатю глав лисертвЩйнот робота.

У пертШ глав! проводиться огляд сучясного стану Й анал1зуються тенденцИ розвитку техн!Ю! перетворпвэч1в in®op-мацЦ системного застосуваннл. Розглянуто структура! особли-вост! й параметра АЦП t ЦДЛ високот розд1лъност! в системах вим!рввань, реестрац*! та цифровот оброОки вналогових сигна-л!в. В1дзначаеться,п;о роэвиток заслб!в цифрово! обчислкшаль-hot т9хн1ки ictotho йплииув на розшироння Функц!ойальяих мо*ливостей !нформац!йно-вим!рювальнкх та 1нформвцШго-о0чис~ лювальних систем (IOC). СП1 роблять ДОМ ц!лком незалежними в!д р!зновид!в та тип!в дасер^л 1нформац!т, в рол! яких йисту-пають давач! та вим1рювальн! прилади. Перед розробниками IBC та IOC при цьому постав задача адекватного стнкування з ком-п'ютвром пристрогв, що спркймають 1нформац1ю в!д об»акту.

Проте використовування комп'ютера в ёфоктивним лише тод!, коли застосовуван! СП1 не вносять обмеггань'по точност! та ивидкодП в процес перотворения 1нформац!т.3 !лшого боку, цифрова обробка 1нформаци за допомогою комп'ютера дозволяе не т1льки покрапшти метролопчн! характеристики АЦП за раху-

нок введения ввтоматично! кал!бровки та самокоригування ста-тичних похибок аналогових вузл!в, влв.й п!двищити точность одержання вим!рювальнот 1нформац!г за рахунок цифрового ко-ригування передатних характеристик давач!в.

СП1 поширено використовуються в системах моделюван-ня.-автомвтизац!! наукових досл!дкень ! проектування,а тако^ перев!рки АЦП та ЦМ1;установках кбнтролю параметр!в лШйвих 1нтегральних схем;. сейсморозв!дц!; цифровому високояк!сному звукозапису та звуков!дтворюванн!; цифрових ваговим!рювалъ-них установках; електронно-променево! л!тограф!1 й т.п. 1ВС та 10С, що тут застосовуються, повинн! м!стити СП1. котр! задовольняють комплексу вимог як у план! функцЮнальио-арх!- г тектурних р!шень, так ! метролог!чних характеристик. Найвах-лив!шими з цих вимог в висок! розд!льна здагн!сть- 12-20 б!т, точн!сть (похибка- 0,05-0,005%), л!н!йн!сть (похибка- 0,010,001%), а таков досить широк! границ! частоти в!дл1к!в -}с£-1сР Гц. Це висувае актуальн! проблеми створення високо-точних, високол!н!йних, швидкодиочих АЩ високо! розд!льно-ст!.

Анвл!з сучасних принцип!в п!дввдення точност!, л1н!й-ност! та швидкодп багаторозрядних АЦП показуе, що це зд!йс-шоеться перевазмо за рахунок введения р!зних форм надлишковост!. Використовування, ьокрема, структурно! надлишковост! дав змогу п!двищити швидкють при паралельно-посл!довному перетворенн1.Недол!к вквзаного Шдходу полягае в ускладнен-н! схеми вналоговот частини, значних апаратних витратах,высокому енергоспокиванн! та низьк!й перешкодост!йкост!.3 се-редини 80-рок!в набув поширення метод перетворення, який грунтуеться на введен»! !НформацШю! надлишковост! й в!до-

мий як сш"ма-д9льта дискретизац!я !з частотою, шо чночно пе-ревищув частоту за Котельниковим (НаЙкв!стом).В такому пере-творввяч! зд!йснюеться цифроаналогове дифервнцгаання форми видного сигналу, а Кого вШювлення виконуеться шляхом !к~ твгруввння в цифровому ф!льтр!. Нвдол!ком таких перетворюва-ч!в е ноефекгивна робота при стриСкопод!биому зм!неин! входного аналогового сигналу, зокрема, в багатоканальних системах.

3 к1нця 70-рок1в починають виког-истовуватй 1пформэц!й-ну Н8длишков!сть у Форм! НПСЧ. Першим сер1Йним виробом, що застосовуе цой'п!дх1д, був АЦП модел! 1СЬ~7115 амврикаясько! ®!рми "1Мегэ11". Проте виграш по швидкод1Т (в два рази) у нъому був Н9В0Л1ГКИМ внаслГдок низького'р!вня введено! нэд-лишковост!, а використовуване прогрчмне коригуввння статич-них похибок в неефективним при зм!иэнн! умов зовн!шяього серо довищо. У 80-роках п!д кер1вниитЕ0М ! при бозпосередн!й участ! автора були створен! перш! эразки високоточних швид-код1вчих А1Ш на основ! НПСЧ типу "золото!" пропорШЬ ; Проте в той час були в!дсутн! узагальнен! модел! стотичних та дина-м!чних похибок перетворения,в тому числ! в умовах впливУ до-даткових чинник!в,методика й критор!Г ефективного вибору НПСЧ при п!двищенн1 точностей швядкодН, рекомондацП щодо гггага-ристовування СПГ в 1В0.10С та 1нше. Це св!дчило про необх!д-п!сть проведегшя широкого комплексу досл!джень з метою роз-робки тгор!Т аналого-цифрового перетворання на основ! НПСЧ.

Надлшков! позиШйн! системя числання мояна розбити на дз! групи:з дробовою й щлочисловов взгоп розряд!в,У перга!^ груп!, цо призначена для зобраяення д!йсних чисел, будь-ЯК9 число А можпп внразити у вигляд!

П-1

А = ^ а^а1, до 1-номер розряду; , а^СО.1) або а^П ,Т) -

дв!йкова цифра в 1-му розряд!; а^-вага 1-го розряду; а-осао-ва НПСЧ (в!даошвння ваги сус!дн!х розряд!в), значения яког знаходиться у границях 1.0сас2.0. На практиц! доЩлько ш-користовувати вираз для натуральних чисел

п-1

И- ^ а/.

о

До НПСЧ з дробовою вагою розряд!в, зокрема, належать так зван! системи числення "золото!" р-пропорц!х, запропонован! А.П;Стаховим. Прикладом НПСЧ з Щлочисловою вагою розряд1в можуть слукити системи на основ! р-чисел Ф!боначч!.

В!дм!тною особлив!стю НПСЧ в багатозначнють зобра-ження чисел. Цв дозволяв формувати нерозривну характеристику вх!д-вих!д ЦАП або АЦП при наявност! великих статичних або динам!чних похибок у процес! вр!вновакення. Ця обставина по-кладена в основу побудови самокал!бруючих та самокоригуших АЦП I ЦАП !з використовуванням низькоточних аналогових вуз-л!в, а також застосовуеться для скорочення тривалост! такту при порозрядному аналого-цифровому перетворенн!, за рахунон чого п!двщуеться швидкод!я. Нев1д'емною рисою НПСЧ е подов-1 ження розрядао! с!тки. Коеф!ц!ент подовження 7п=1п2/1па для окремих а мае так! значения а 1.20 1.30 1.40 1.60 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 7П 3.80 2.64 2.06 1.71 1.48 1.31 1.18 1.08 1.00. Проблеми дисерт8Ц!йног роботи сформульован! як п!д-вицення в комплокс! точност! та швидкост! аналого-цифрового

шротЕороння вксокоГ, розд{льно! здатност! г-50 рахунок введения !нформац!йнот надлотгавост! у фэрм! НПСЧ. Визиачен! нап-рямки та звдач! доол!джонь в облает! загалыю! теор» й тео-pti проектуваняя системних перетворювач!в 1нформац1Т на основ! НПСЧ та анвлогових вузл!в на перспективой *елементн!й баз!, а твкоя створення з використовуванням штх шаратних засоб!в високоточних швидкод!ючих IBC тз ЮС.

У друПй глав! проводиться розробка загелытх положень теор!Т вналого-цкфрового перетворення на основ! НПСЧ. Днал!-зуються запропонован! способи п!двищч1шя точност! АЦП серед-ньоГ та високот швидкод!!. В!дзначаеться, по нанин!сть у дв!йковому 11ЛП паралелькот д!1 !нструмонталышх "похибок, зо-кремэ, в!дхг.лень ваги розряд!в в!д потр!бт!Х зиачонь приводить до появи розрив1в у характаристпц! перотворепня (характеристика вх!д-вих!д). Зпстосувоння тлксго ШП в АПП не дозволяв точно Ер1вновакувати nxtjcnîîl аналоговая сигнал Ав% компеясувчмм А^. У цьему вкпздку для досягшшня .nmifinoî характеристики вх!д-вих!д нообх!дно, зокремз, в АЦП порозряд-ного кодування коригувати сам пронес аналсгс-ци-ррового вр!в-новаження, ео зменьшуа швидк!сть пор<мт.оронил. При застосу-ванн! НПСЧ розрив!в не буде, ягецо в!дхилення ваги розряд!в ПАП не перевищупть значонь, як! дор1вшиоть

П-2

о. 2 - а

а

о°и--ет--—— • <"

I

о

Q1

дэ Q - величина ваги 1-го розряду. Для окремих а припустиме в!дносне в!дхилення мае значения

а 2.00 1.90 1.80 1.70 1.62 1.60 1.50

баст(*> 0 5.26 11.11 17*65 23.61 25,00 33.33

п1двищ8ння точност! аналого-цифрового перетворення ш основ! ШСЧ зд!йсню8ться методами цифровот самокал!бровки та самокоригування. У режим! С£мокал1бровки, що мош провода-тися досить р!дко, визначаються реальн! значения 01, зм!щен-ня нуля дАзм та масштабниа коеф!Ц!внт. При використанн! НПСЧ (1,Т) цифров! екв!валенти ваги будь-якого 1-го дрдатного або в!д'емного розряду та дАдМ обчислшться за допоыогою сп1в-в!дношень

1-2 1-2

-й -а 1-2 1-2

Е аз к3 ~ £ аз к3--й -<1 п-т-1

■I -й

К

3

К'

3

к,

эм

а3 К3'

(2)

(3)

(4)

да а^ та а^' -

розряда! коеф!ц!внти код!в та , як! сформувались у процвс! дамокал!бровки; т,1,<1 - параметра роз-ряднох с!тки, що визначаюгься технолог!чними похибкаш;К^ -цифров! екв!валенти величин розряд!в, що передусть 1-му.

Результат перетворення при цьому Мохе обчислюватися

одночасно з процесом вр!вноваження за допомогою сп!вв!дао-

■ ■ ': ""-' п-1 " ■

шення « У а^ - Кпи . (Б)

да: «I СК^.К^Т та КдМ - цифров! екв!валенти, що знай-ден! на основ! (2),(3) та (4).Похибка нёлШйнос?! при вико-

нага! вказаних процедур не перевишуватиме

га

Ss|, де похибка самокал!бровки

t-ro розряду.Прп цьому сл!д зазначита, шо абсолютно значения в1дхил9ння лО^ (особлиЕо для старших розряд!в) МОЯб бути на 2+3 порядки б!льшэ, н!я Лщ,. Таким чином, незваяаючи на ви-користання в СП1 на основ! НПСЧ низькоточно! элементно! бази, можливо досягнення високого р1вня л!нШгост1 кодувальнот характеристики. При перэтворенн! вим1рювалью!х анзлогових сиг-нал!в додатково треба в ход! самокал!бровки розрзхувати мас-штабний мношик М. Дал! значения к! ! коригуються по фор-

л» g, ñt

нулем Kj=MKj I К^МК^, ф!ксуються. й виксристовуються n (б) заметь Kj та KgM .

При застосуввнн! НПСЧ (0,1) результат перетворення об-числвоться у форм1

П-1

К(Авх> - взнКзя + I а1К1 - Кзм' <6>

о

де: 8ЗН в (0,Т)- дв1ЯковиЙ коефЩ1ент знакового розряду; Кан-цкфровий екв!валент величшш знакового розряду. Розглянутий п!дх!д монна використовувати в СП1 середньог (АЦП порозряд-ного вр!вновашння) та високо! швидкод!! (паралельно-пссл!-довн! структур;!). Проте б!льш виг!длим це Суде для перлого типу перетворпвач!в, оск!льки в цьому випадку проблеми . п!д-вищення точност! та швидкод!! мокно розв'язувати комплексно.

Використання ППСЧ при порозрядному аналого-цифровому па-ретворенн! дозволяв скоротити тривол1сть такту й прискорити вр!вповагэння,а такоя зд!йсгаовати його при змтенн! р!внл Апх за рахунок мокливост! компенсувати динам!чн! похибки I та II

роду (дДд та лАд*). Перш! обумовлен! 1нерц!йн!стю аналогсЕ® вузл!в тракту перетворення, друг!> - ам!ненняы А^. Пкщо пэ-раиддай процес при форму ванн! компансукчаго аналогоь и < сигналу A^t) задовольняв схемн!в функд!* 1 порядку, то for аначення на молодшому нульовому такт! при викорксташЦ К2Ж| '(1.1) визначаеться як

iS<.o • I 'A-1 W,n'1,VI ,

О о

да tT - тривалЮть такту вр!вноважання; т - пост!йна часу, Парша складова формули в статичною ! характеризуй резудьта! перетворення у вигляд! вих!дного коду, фуга - данаы!чна 1 уаагальненою функц!вю !нерц!йност! ! визначав стеШы "в!дриву" в!д статична! складовог.

Динам !чна складова на о ыаксимальн! значения на паках кодових наборах. Знаходашння цих набор!в доц1льно вести Яад-хом комп'ютерного модалювання. 3 Шею матов оули розроблаы! дек!лька аастосовних програм "Ыоделювання точок розриву". Суть пошуку "особливих" точок (точок розриву або критичних) полагав в перев!рц1 в д!апазон! А^ викоцання умоаи лШйно-ст! кодувальног характеристики

Чш в < ¿V.max •

да: ¿Agp I дАод- в!дпов!дно похибкн вр!внова*ання та кван^-

наиня; Н*1 сус!дн! кодов1 комб!ыац!Е. Пашз р!шишаи ввгтчав 1нтеграиьну нелШйШ'лъ, друг* - лчзоргншакку..

Олертпп 1нФорм9ц1я про знвйдон! "особяия!" точки, 9 твкоя IX гр&Мчно 1пт0рпрот8»1я використппуЗТЬСЯ Пря СЯЛ8-Д8НЛ1 математичяя^моделей Фуякц!! полябкя уствлення (ХЗ -f(a,n), функци абсолютного иКвх та в!дяосяого змиаваша вх!дного сигналу бА^ при умов! в1дпов!двост1норнГ aaJ тй аАд1.У легальному. випадку модель СО зобрпяуеться у взгляд! 6Q i» f(CQ^.BQg,...ftO^}, де 0Qj,002,,.,0Q!t-cjrKynHtcTb-íiyRrajtS. на окрочих пШнтервалах аа.У ход! дослгдлеиь автором зепро-поновано копну функШв OQ^ обчислтаятя за допсмогои в!дпо-BtOToro р!вняння балансу Р{х,а,п,М)*0, до х - непорервнв значения похибки уствлення, М - коефШ!ент, т враховуе вплява-trtt чинники. Р!вяяння балансу вибкраеться !з послГдовгюст! Pj(х,(1,п,й)'0; Pg(x,atn,K)*CJ,..., Pm(x,a,n,H)*0 як токз, tío две наймоизу псхибку б обчислякня CQ. Склгшчтяя р!пиянь балансу проводиться на основ! анял!зу д!агром вртювях-пшя 6 "особливях" точках. Для сус!лн!х кусковях ФункШй OQj тй

розрвховувться вузлов! точки Oj шляхом сп!лытого роэв'язвння р!вняпь Pj(i,a,n,!I)^0 та (x,a,n,M}^0. Роз-роблэний формвл1зованиЯ алгоритм склвдоння мятчмотичгю! »го-дел! 0Q у повднепл! з процодуров склядешм р!внянь балансу утворготь методику досл!д*ень даней!чнкх похибок первого роду поразрядного анвлого-цпфрового перетворвния на основ! HDC4* Третя глава присвячепа розробц! основ теор!г пряскорэ-ного самокомпенсуючого та форсованого аналого-цифрового рэтворання 1з застосувэниям НПСЧ.У випадку впкорястання НПСЧ (1,Т) праскоран! самокомпенсупча та форсовпнэ перетзоренш! ая!йснвЬться зо алгоритмом "т!льки вмикагаш". Грвф!чнз !нтзр-прэтац!я присксрекого спмокомпенсуючого вр!вноввввннл 'прям-

дона на рисунку 1,а. Ыатематична модель похибки усталення при цьому зображуеться у «орм!

еО| , якщо сц 5 а £ 2.0; ООз , -н- €¡2 л а < ; ^

00(а,п)=

бйу , -„- 1.35 < а < а6 ,

да значения СС^.бС^...00^ обчидлшться за допомогос сукупно-ст! р1внянь балансу Р1(х,а,п)=0,Р2(1,а,п)=0,.., Р7(х,а,п)»0, котр! мають вигляд в1дпов1дно:

п-3 п-3

ха11-1 (1-хп_2)+^х1а1-хп-2ап-2 - ^Га1^"2- 1.5=0; о о

(хап-2+ х2ап-1)(1-хп"3)^1а1-хп-3ап-3- ¡^а1«^"3- 1.5=0;

о о

4 9 12 а^х^-^х^+^х1«1) (1 -х2) +х (1 -ха) +а-2. 5=0,

У вузлових точках зйачення а, зокрема, при п =16 дор1внхшть

с^М .99; а^.Эб; 03*1,79; а4»1.7б; ад«1.73; <^«1.62.

Суть прйскореного форсоввного вр!вноваження полягаз

в тому, що на кожному 1-му такт!, починаючи з! старшого

(п-1)- го, на час тривалост! такту выикаеться додатковий

(форсуючий) аналоговый сигнал д0_ , який Шдсумовуеться

Д1

по модула з основным. Це дозволяе зб!льшити крутизну зрос-тання компеноуючого сигналу. Значения форсувчого сигналу аСЗд пошшо задовольняти сп!вв!дношенням: на !нтервал! 1.7&:а<2.00* -

•1)

б)

Рис.1 Д1агранн аналого-цифровня вр1виоолпонь на ochobí 'НПСЧ: а) самокомпонсуюче, б) форсоване

П-3 ) 1.5-ап_2+^ а1!

при 1.67sa<1.76 - 00д^ «

0.5/(а+1), якщо 1=0,1; 1 п_3

ящо а<1.67 - 00д *

О, якщо 1=0; (1.5-а°)/а ,

1

1-2

1 .5-а1_1+]Г а3

1»1} . 1-1.

Значения компенсувчого сигналу на молодаому (нульовому) такт!

п-1

К0

£ нФ

-(n-l)-VT

■е т

п-1

-(Q-1-1)t„/X

v

Д1аграма вр1вноввжвнвя а використанням додаткових сигнал1в, аокрема, для a»l.80, приведена на рис.1,6. Ыатематична мо-.дель 0Q при форсованому режим! задаеться функЩвю

в<3(а,п,00д)

0Q1 , якщо CL| < сх< 2.00;

002 • °2 "i ; • • •

. OQß , -и- 1.55<a<1.67,

(8)

де ÖQ^ обчислшться за допомогою р1вняыь балансу у вузловиг точках, зокрема, при п»1б 0^*1.98; 02»1.97; 03*1.88;a4»»í.76.

11ри звстосуванн! НЦСЧ (ОД) прискорене самокомпенсуюче вр1вноваження не в мокливим. Для п1двищення швидкост! перв-творення при цьому використовух>ться два р1зновиди форсова-

иого алгоритму: алзптсвений та простой. У першому вгашдку в к!нц! будъ-якого 1-го такту

п-1

=)а1д1+ага

П"1

п-1

MVIaAXe Л1"* 1+2 1+2

да 1 - номер тякту, що сп!впадае з номером розряду;

-(1-1) и/г

е 1 +

1, якщо а1+1 « 1; О, -„- а1+1 = 0.

При застосуванн! простого алгоритму зявяди р*>=1. В!дносне значения форсушого сигналу на !нтервзл! 1.67<а<2.00 дор!в-

нв8

1

П-2

0.5, якщо 1=0;

(1.5-а+а°)/а , -„- 1*1;

При а<1.67 00_ « д1

1-1

1

^П.Б-а^Гст/Ь, -«- 1=1.

Шдель 00 для прискороного Форсованого вр!вновакення ня основ! НПСЧ (0,1) мае вигляд

00(а,п) =

С01( якщо 1.675052.00; ОС^, а<1.67,

О)

де 00| та 002 ,при застосуванн! вдаптованого алгоритму обчис-лвяться розв'язанням р!внянь балансу в!дпов!дно

п-3 '

[ю+ОО^-ООд] [о-х*1-1 )ап"1-хп-2ап_?-]+х(а-1 Э^Гх^-О.б-О,

П-2

X(a-1 ^xV+^-V11-1 [OQ^^I+OQ^JJ-O.S-O.

0 ♦

У випадку простого алгоритму завдэння форсуючого сигналу зд!йснюеться у форм! flQ*=M<3Qfl. Причому значения Ы . знаходиться сп!льним розв'язанням пар р!внянь балансу -"прямого" та "!нверсного". Граф!чна-1нтерпрвтвц!я функцюнальниЕ залешостей CQ=r(a) приведена на рис. 2,а. Тут крив! AID в1дпов1дають форсованому та самокомпенсуючому врГвновааекыи на основ! НПСЧ (1,Т), В I С - вр!вноваженню на основ! НПСЧ (0,1) за адаптованим та простим алгоритмами. Найкращий по-казник 0Q мае прискорене форсоване вр!вноваження на основ! НПСЧ (1,Т).

У четвертой глав! досл!дауеться прискорене анапого-цифрове перетворення в умов ах дн додаткових чинник!в. Одшш !з додаткових чинник!в в реши багатократного вр!вноваження, коли тривалЮть паузи tn може бути обмекеною. При цьому ви-никав ситуащя, при як!й перед початком чергового вр!внова- : ження A^ltwo, тобто мають м!сце ненульов! початков! умова. Це певним чином впливав на характер перетворення, яке скла-даеться !з вр!вновакення та паузи. У вшадку застосовування прискороного самокомпенсуючого алгоритму на основ! НПСЧ (1,Т), . числов! значения 0Q при однократному та багатократному вр!в- ' новаженнях в!др!зняться незначно. При форсованому перетво-ренн! на основ! НПСЧ. (1,Т) чинник ненульових початкових умов впливав б!льш Ictotho, зменшуючи CQ.

Введения в пауз! додаткового сигналу, в!дносне значения якого для НПСЧ (1,Т) зйдааться сп!вв!днош0нням

а

Рис.2 Функц1ональн1 залежност t : a) 8Q - H.of); 6)M(0i =f (of) , M(l)=f(oO, м= f íof) ; Ь) ДА^ , йЯ^

- 26 -

■ • ' 1 П-2

1 П-1

а для НПСЧ (0,1) оа.в —(1,5-ап+ Уа1),

а ^

дозволяв скомпвнсувати негативний валив згаданого чиннкха. Причому у випадну використовува!ШЯ НПСЧ (0,1) наявн1сть до-даткового сигналу в пауз! в принцшово иеобх!днои.

Характер перех1дного процесу п!д час вр1вновв«ення такой в чинником, що впливое на значения похибки усталення. Якщо в!н задовольняв схемн!Я функцП другого порядку, то компенсуючиЯ сигнал, зокреуа, при Еикористанн! НПСЧ (1,Т) наприк!нц! молодшого такту дор!внге

Ё&1сз1 (1+ " | ) 2 81п[ш(п-1)гТ1-Е2 +ф]|,

де 5 - коефШент в!дносного згасання, и - частота влвсних коливонь, ф - зсув фази. При цьому зменшуеться значения 00 при прискорбному самокомпенсуючому вр!вновакенн! на основ! НПСЧ (1,Т).. У випадку форсованого вр!вноЕакення зм!ниоться вимоги щодо завдання додэткового сигналу лОд , значения яко-го, зокрема, для НПСЧ (1,Т) та дов!лъного 7 визначавться у форм!

00д(а+1 )-7 АО- - МвО-О,, дв К»--а .

Д1 д 1 00д(1+т)

При застосуванн! НПСЧ (0,1) додатковий сигнал у пауз! залесить в!д полярност! А^ при поперздньому перетворенн! й визначавться у вигляд!

дО - Í ' 104140

% \ ^t)^ -„- ^<0.

7 1-(a-1)(t+7) да IL(0> -- • V1 >--•

Для освовних компенсугчих снгнал1в в!дпов!дн! коеф!ц!енти задавться у форы!

а(1+аод)-1 0Q_ - 7 ' ' Н(0) - 7- , Ы(1)

,(1+7)00д (1+7)03д

Граф!чна !нтерпретац!я функц!ональних залевностей' Ы»Г(а), K(QM(a)iK«K(a) приведена на рис.2,б. Сл1д зазначити, що зб!лыаашя 7 змушуе для створення умов прискорбного вр!вно-ваврнпя вводите додаткову надлшковЮть, тобто змевшувати а.

Використовування НПСЧ дозволяв в павн!й Mtpt компан-суватн д!и ще одного чинника, а сама - зм!нення А^. У ви-падку застосування НПСЧ (1 ,Т) абсолютна зм1нення видного сигналу (в оданицях молодшого кванта) за час вр!вновакення виражаеться, зокрема, для а=1.80 у вигляд!

аА7» - ~[(1а3+х2а4-х3а5)(1-г3)+х+х2а-х3а2-нз?-а-2.5], (10)

при а=1.70 -

1 5 tAy=>--[(xa3+x2a4-<^^jc1a1) (1 -х3 )+х+х2а-г3а2+а2-а-2. б] .(11)

3

Для розширеного !нтервалу а мае м!сце наб!р частинних моделей лАу. При форсованому вр!вноваженн1 (М>0) мае Hicue по два тиш функц!оналышх запекностей дА^-Кх.а,!!). Граф1чна !нтерпретац!я цих функц!й приведена на рис.2,в. Тут крив!

с1м'1 лЛу=Г(х,М) з! зростанням х нахилен! донизу, а с!м'! ,дА£=1(х,М) п!дн!маються догори.Причому л!воруч в!д точки переткну цих функц1й треба користуватись дА£, а праворуч - дА|.

Якщо вх1дний сигнал зм!юоеться за експоненц!альним законом або осцилюз з! згасанням по експ0нбнц!вльн1й обв!дн!й, то при при'скореному самокомпенсуючому вр!вноваженн1 на осно-

г.

в! НПСЧ (1Д) прилустиме в!дносне зм!нення А^ визначавться . у форм!

^401-ап"3- (х2«""1 +хап~2) (1 -хп"2) -I (^х^1-!11-3^-3)

о о

0АвХ " аП-3

При форсованому роки»! вр!вновакення на основ! НПСЧ (1,1) треба використовуввти по две р!вняння: "прямого" та "1нверс-яого". У випадку НПСЧ (0,1) при додатному лАвх для розрахун-ку 0АВХ треба мети чотири в!дпов1дких р!вняння .

Пост!йна часу А вхне моке перввищувати значения

-1

тс < (п-т-2)гт

1п

** вх

ш ьАу

де ш - к!льк!сть останн!х твкт!в, як! в критичними для точного вр!вноваження.

П'ята глава присвячена.розробц1 методики рекомендац!й по проектуванню високоточних швидкод!ючих систем цифровоХ ре-естрацИ й обробки аналогово! 1нформацП на основ1 самоквл!б-руючих ! самокоригуичих АЦП 1 ЦАП, а такок аналогових вузл!в вказвких СП1 на перспективн!й елементн!й баз!.

Для розв'язання задач! вфективного ейбору НПСЧ доц!ль-ним в побудова критерИв типу критерив квал!метр!1, що масть

вигляд Q = (Ефвкт)/(Витрати). Позитивний ефэкт при застосу-ванн! НПСЧ полягав в п!двшценн1 точност!, а тако* у.забезпе-ченн! прискорэного перетворения. У рол! витрот виступае по-довження розрядао! с! тки Щ1,що призводать до зб!лыаення об-ладнання,особливо в рамках аналоговой частини.К!льк!сне оц!-нювання ефекту зручно зд!йснювати через коеф!ц!ент шдащэ-щення швидкод!! у вигляд!

*пр.2

Тш - -- .

"Up.а

де Т_ та Т™. - час пвретворення в!дпов1дно для НПСЧ та

дв!йковог система числення. Явдо перех!дний процес'при фор-муванн! A^it) в!дпов!дав, зокрема, схемн!й функци першого порядку, то

(n+D-lm

7m ---:- , да: 0Q знаходаться на

ш ln(0CH5QCTJ

основ! (7), (8), (9), a 6Qct вазначавться в!дхал0пнямз {технолог!чними похибками) ваги розрадгв ЦДЛ в!д ротр!бвзх значень.В Шлому критер!й ефективност! з ип*рзт

(коеф!ц!внта подовквння розряднот с!тки 7П) маФШШйЯ'

■ 7т (п+1)«1п2а 6 7П ln2'Jn(0Q-fiQCT>

а з урахуванням часу затримки спрацьовування цифрового авто мата (ty) при вр!вноваженн! -

7 _ Ь-п n(VV 6"Ц' % VWn '

де:1г-тривал!оть такту для дв!йково? системи числения: -тривапють такту НПСЧ; 1 •

У вютадку зшнення А^ разом.!а вагалытам критерием 7е сл!д використовувати 8 частннний, який дав вмэгу отниватИ ефективнЮть роботи АВД 1 в цьому режим!., Вкезений критер!й побудовано у вигляд! '

припустим! вОсолютн! значения аАт в!дпов!дао для НПСЧ, як!

розраховусться за допомогов (10),(11) га для дв1йковох систе-

ки числення. .

Гроф1чна !лвстрац1я функЩональних звЛежностей

7И-Г(а,п), 7е-Г(а,п), 77-^(п,Ц),7д>ц»Г(о,0) при-

ведена на рисунку 3, в1дпов!дно а,0,в,Г,д,е. Причому рис.3,в !нтерпретув самокомпенсуючё вр!вноввкення5 г .та д - форсова-не. ФункЩя 7ш»Г(а,п) зростав по м!р! зменшення а та зб!ль-вення п. Крив! с!м'Г 7в>1(а,п) мають максимуми на !нтервал! 1.65<а<1.70. Виб1р такого значения а дозволяв Шдвищувати точн!сть та досягати максимального п!двшцення шввдкоди з мШмальнши додатковими нитратами обладнання. На основ1 ви-користання побудов'аних критернв розроблена методика дефективного вибору НПСЧ при проектуванн! високоточних швидкод!- , вчих АЦП.

Застосування АЦП I ЦАП на основ1 НПСЧ дозволяв Шдвищити точн!сть та швидкод!в систем цифрово! ревстраци та обробкм анвлогово! 1нформац!1. При цьому способи цифрово! самокал!-бровки й самокоригування отатичних похибок, а тако* компен- , свц!т динам!чних похибок розповсюдауються на вузли, що входить ло складу наскр!зних тракт!в аналого-цифрового перетво-

ГМпй>

Га(n31

t.S

100

J

goo

rvE(a)

H = >.fi

и s IS

iM

J

M —1

тг/ № -

t T (и)

tic» % 9

1ЯО

гу in)

10

fdiei

I. 3

Рис.З Функц-loManbH.t заложност t : а) Sui = ( (d,rt¡ 6)Se-f (aí.nJ ; AJ.,Bi}6v-niT, «A; â)'iv«ntT, nï;

e) S -f { oí, 9)

Ы. u

1

рення.У ход! досл!джень Сули розроблен! рекомендацН по про-ектуванню високоточних швидкод!ючих систем цифровог реестра-цИ та обробки вналогово! 1нформацИ на основ! самокал!брую-чих й.самокоригупчих СП1, запропонован! структури цих систем та алгоритми 1.x Функц!онування.

Система цифрозо! ревстрацП 8Нвлогово1 !нформац!Г, структурна схема яко! приведена на рисунку 4, м!стить ядро-блок аналого-цифрового вр!вновакення й цифроаналогового первтво-рення (БАЦВ-ЦАЛ), Гфистр!й виб!рки та збер!гання аналогових сигнал!в (Г1ВЗ), аналогов! комутвтори (К1.К2), ф!льтр (Ф), апарат цифрового;запису (АШ). БАЦВ-ЦАЛ складаеться з! схеми пор!вняння аналогових сигнал1в (СП), перетворювача струм-на-пруга (ПСН), комутатора (К), регЮтра посл!довного набликен-ня прискореного (РПНП), в такоя блока керуввння (БК), який забезпечуе функц!онування в1дпое1дно до заданого алгоритму.

Система циФрово! обробки вим!рювальних сигнвл!в, струк-туриа схема яко! приведена на рисунку б, м!стать БАШ, аналогов! комутатори (К1.К2), термостаб!л!зоване дкерело опор-нот напруги (ТДОН), дозрело зарядного струму (ДЗС), клггч (Кл), спец!ал!зований обчислввальний пристр1Я (СЦ0П),пост!й~ ний та оперативной запам'ятовуюч! пристрот (ПЗП.ОЗП), !нтер-фейс (1Ф), персональну ЕОМ (ПЕОЫ) та центральний блок керу-вання (ЦБК).

Розглянута можлив1сть зд!йснення в даних системах дис-кретизаци з адапташвю до швидкост! зм!нення вх!дного сигналу. Якщо швидк!сть VbX зм!нення A^ít) в невеликою, то кван-тування його мокна зд!йснювати щляхом прискореного аналого-цифрового перетворення на основ! НПСЧ без ПВЗ, наявн!сть якого призводить до появи додаткових похибок. М!а параметра-

Рис.4 Система циФроЬо^ рвсстрацН аналогоЬо? 1нформаи1Т

Рис.5 Система unspobo't обробки ЬйН1рюЬальних сигнал1Ь

■ми VBX та лАу повинно виконуватися нер1внтгня VBX<AAv/tT. Знаючи спектр досл!джуваного' сигналу, треба вибрати його "найПршу" форму, яка дае, максимальну V. При дом!нуванн1 синусотдальнот форми максимальна частота видного сигналу не перевищув

лАу

Гс * 1С 2n+1t_ '

«... г

У винадку, каприклад, п=12; дА^О.4; tT=0.lMKC частота вх!д-його сигналу 1вх<156Гц. Адаптац!я до.щвидкост! зм!нення А^ полягае в тому, що при велик1Я Vßx дискретизатя зд1йсщовть~ ся з 1нтервплом &tt за учястю ПЕЗ, в при пов!льн!й VßX - без ПВЗ з !нтервалом it2. СпИшЬтнопення м!к дt1 та At2 заложить в!д того, де зосереджена оснсвна !нформац!я. М!н!мальний час дискрчтизвцИ для Ееликот VBX визначаеться сп1вв!дношенпям ütlminrrTiiep+1'B~th,'tie tjh ~ пркпустимий час накладання, а для уалот VBX, коли ПЗЗ но використовуваеться,- A^mln^nep' ^ а'2.0 tjj-O. Вилучення ПВЗ зменяуе похибку перетворення аналог-код.

При функцюнуванн! системи, коли зм1нюються умови нав-колишнього середовгеца, систематична проведения процедури цифра во г самокал!бровки дозволяв стаб!л!зувати метролог!чн! характеристики. При цьому корягуються статичн! похибки не ~!льки аналогових вузл1в ядра, але й "зовн!шн!х". Результат перетворення обчислюеться або в СЦОП, або в ПЕОМ на основ! сп!вв!дношоння (5), або (6) (залежно в!д типу НПСЧ).

Розроблен! !нженерн! рекомендацп по схемотехн!чному лрооктуванню аналогових вузл!в.СП1 на основ! НПСЧ 1з реал!-зац!вю на перспективой елементн!й без! у вигляд! нап!вза-човиих.ВГС, зокрема, типу базових матричних кристел!в "Фар-

хад-2".

Використання вищевказаних рекомондащй та методики дозволило спроэктувати, розробити. й виготовити ряд високоточних швидкод1ючих систем цифровог реестраци та обробки аналого-вог !нформацИ, комплект високоточних еамокал!бруючих та са-мокоригуючих аналого-цифрових модул!в для ПЕОМ типу IBM РС/ AT (п=14~18; похибка лШйност!- 0.002+0.005«; час перетво-рення 10*200 мкс), а такоя комплект нап!взамовних BIC аналогових вузл!в. У додатках наведен!: л!ст!нг моделюючог програми.дан! моделювання,в!домоет! про впровадкення резуль-тат!в досл!джень, а такок !вдормац!ю про розроблен! .системи та пристро!.

3. OCHOBHI РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертац!йн!й робот! розроблен! теор!я аналого-цифрового перетворення на основ! надлшкових позиц!йних систем • числения та !н»енерн! методики проектування високоточних швидкодЮчих систем цифрово! реестрац!! й обробки аналогово! !нформац!г, а таков аналогових вузл!в на перспактивн!й еле-ментн!й баз!. Комплексна вир!шення проблем Шдвкщення точ-ност! та швидкост! аналого-цифрового перетворення за раху-нок введения !нформац!йно! надлшковост! у форм! НПСЧ ß новим вагомим внеском у розвиток теорИ перетворювач!в !н-формацИ в ньпрямку створення високоточних швидаод!ючих АЦП системного застосування.

Основн! розультати досл1джень е такими:.

1. Розроблен! й проанзл!зован! способи п!двшцення точ-ност! АЦП серадньог та високо! шеидкоди. Показано, що за-пропонован! принципи самокал!бровки та самокоригування ста-

тачних похибок_ е найсильш виПдними для' порозрядного аналого-цифрового вр1БН0В91КЭННЯ, оск!льки при цъоцу пробломи п!д-вищення точност! та швидкод!! розв'язуються комплексно.

2. Розроблен! методика Й формал1зований алгоритм досл!д-жування динам!чних похибок I та II роду, а також Методика Й алгоритм складоння математичних моделей похибок усталення компенсуючогр аналогового сигналу в процес! вр!вноваження.

3. Запропонован! те проанал!зован! способи прискореного самокомпенсуючого й форсованого аналого-цифрового перетворения за умов д!1 впливових чинник|в: режиму багатократного вр1виова*ення, поливального . усталення компенсуючого й з«1-нення. р!вня вх!дного сигналов. Складен! математичн! модел! похибок усталення для випадк!в, коли перех!дний процес при форлувзнн! компенсуючогр сигналу в!дпов1дав схемним функц!ям I та II порядк!в. Доведено, щр форсоване вр!вноваження в б1льше швидк!сним, н!ж самокомпонсуюче.

4. Отримана с!м'я аналИцчних сп!вв!дношень. шо визнача-ють параметра вх1дного сигналу при зм!нюванн! його за л!н1й-ним законом , а також в!дпов!дно до схемних функц!й I та II порядк1в. Показано, що в другому випвдку при форсованому вр!вновэженн! виг!ян1ше використовувати НПСЧ (1,1), оск!лыш цэ дозволяв зб!льшити швидк!сть эм!нення вх!дного сигналу.

Б, Розроблена методика та побудовая! критер!Т ефективного вибору НПСЧ при комплексному вир!шенн! задач п!двищення точност! та швидкод!! АШ системного застосуваяня. Показано, що використання цих критерИв дозволяв розв'язати вказан! зада-41 з мШмальними додатковими витратами обладнання.

6. Розроблен! рекомендац!! по проектуваннв високоточних швядкод!ючих систем цифровот ревстрацП й обробки аналогово!

!нформац!г з використанням АЦП i ЦАП на ochobí НПСЧ. Показано, що запропонований п!дх!д дозволяв в комплекс! п!двищува-ги точн!сть та швидкод!в наскр!зних тракт!в аналого-цифрового та цифрааналогового перетворення, а такох забезпечуз ста-б!л!зац!ю метролог!чних характеристик при зм!ненн! умов аов-нГшнього середовища.

7. Розроблен! !нгенерн! рекомендацИ по схемотехн!чному проектуванню й розробц! аналогових вузл!в високоточних швид-кодЮчих систем цифрово! ревстраци а обробки аналоговое !н-формац!!. Показана моклив!сть реал!зац!Г, зокрема, високо-чутливих швидкод!вчих схем пор!вняння струм!в, перетЕорвва-4tB код-струм, високол!н!йних швидк!сних ППС у вигляд! на-Швзамоввих BIC.

8. Результати виконаних досл!даень впровадкен! на п!дприемствах Укратни й Poet! при проектуванн! в розробц! багатоканальнот !нфорыац!йно - вим!рвв8льно1 системи (ПАО!-120), автоматизов&ного анал!затора параметр!в тракт!в звукового мовлення, комплекту високоточних швидкод1пчих самоко-ригуючих аналого-цифрових модул!в та вим!рювальних блок!в, в тако* - у навчальний процес у В1нницькому дервавному техн!ч-ному ун!верситет!.

4. ПУБЛ1КАЦП ПО TEMI ДИСЕРТАЦП

Ыатер1али досл!джень викладено в 103 роботах, основники з яких в:

1. Высокопроизводительные преобразователи информации на основе избыточных систем счисления:Учеб. пособие/А.П.Стахов, А.Д.Азаров, В.П. Ыарценпк и др. - К.:УМК,1988.-180с.

2. Азаров А.Д. Избыточные позиционные системы счислений в

технике преобразования информации //Избыточные системы счисления, моделирование, обработка данных и системное проектирование в технике преобразования информации: Учебн» пособие-к.:Вища школа,1990.-С.62-105.

' 3. Азароз О.Д. Прискорене аналого-цифрове перетворення на основ! надлишкових позицШних систем числення. // ВI сник В!шшцького пол!техничного Институту. - 1993.-С.22-27.

4. Азаров А.Д. К вопросу об оценке надежности преобразователей информации на основе кодов с иррациональными основаниями // Метода построения алгоритмических моделей сложных систем.Выпуск 4. Таганрог, ТРТИ, 1979.-С. 146-149.

5. Азаров А. Д., Крютченко Е. В., Моисеев В. И. Преобразователи информации в. кодах с иррациональными основаниями /Препринт: ОЭА 17-184, Йн-т физики высоких энергий, Серпухов, 1979.-13 с.

6. Стахов А. П., Азаров А. Д., Рубин А. Г. О возможности создания нвдекных преобразователей информации на основе кодов с иррациональными основаниями // Управляющие системы и машины, N4, 1980.-С. 49-53.

7. Азаров А.Д. Эффективность применения избыточных измерительных кодов в высокопроизводительных преобразователях информации IV поколения//Сб.ст.Всесосзн.конф.:Новые методы и средства вычислительной техники / Тбилиси.:Сабчота Сакврт-воло, 1985.-С.48-54.

8. Азаров А.Д. Интеллектуальные преобразователи формы информации на основе избыточных систем счисления // Матер. Всосоюзн. конф.: функциональная оптоэлектроника в вычислительной технике и устройствах упрввления/Тбилиси.:Сабчота Са-картвело,1986.-С.279-283.

- 39 - ..

9. Азаров А. Д. О возможности повышения линейности АЦП и ЦАП на основа кодов с иррациональными основаниями //IV Всесоюзн. симпозиум: Проблемы создания преобразйвателей Форш информации : Тез. докл.. - К., 1980.-С. 7-Ю.

10. Азаров А.Д. Выбор оптимального основания избыточного кода для высокопроизводительных АЦП // V Всесоюзн. симпозиум: Проблемы создания преобразователей Форш информации: Тез.ДОКЛ. - К., 1984.-С.56-58;

11. Стахов А.П., Азаров А.Д., Моисеев В.И.'и др. Аналого-цифровые преобразователи на основа избыточных систем счисления // Помехоустойчивые коды. - М.:3нание,1989. - 64с. Сер.Радиоэлектроника и связь. íí9.

12.Высокоточный самокорректирущийся аналого-цифровой преобразователь на основе кодов с иррациональными основаниями/ А.П.Стахов.А.Д.Азаров.В.Й.Ыоисеев и др.-Киев:ИК АН УССР, 1982.-35с.

13. Азаров А.Д. Высокопроизводительные стабильные преобразователи формы информации на основе избыточных измё-рительных кодов//У11 Всесоюзн.конф.ИИС-85. Тез.докл. -Винница, 1985.-С.193-194.

И.Азаров А.Д. Моделирование быстродействующих алгоритмов аналого-цифрового преобразования на основе избыточных систем счисления // Н.тех.конф.стран СНГ: Контроль и управление в технических системах:Тез.докл. Винниц.политех.ин-т., 1992.-С.148-149.

15. Азаров А.Д. Проектирование самокорректирующихся быстродействующих преобразователей информации на основе оп-тималышх избыточных систем счисления // Тез.докл.VII Ыеаду-народного симпозиума:Проблемы создания преобразователей фор-

- 40 -

мы информации / Киев, 1992.-С.9-10.

16. Азаров А.Д. Разработка отказоустойчивых быстродействующих АЦП на основе избыточных позиционных систем счисления // Респ.конф. Вопросы проектирования и практического использования ПФИ в управляющих и вычислительных комплексах: Тез. докл.Одесса.,1990.-С.140-М2.

17. Марценик В.П., Азаров А.Д. НекотЬрые свойства модифицированных позиционных кодов и особенности их использования в технике АЦ и ЦА-преобрвзования // Межвуз.сб.н.тр-в.: Автоматизация измерений/Рязанск.радиотехн.ин-т.,1982.-С.46-52.

18.Марценюк В.П., Азаров А.Д., Коваль О.В. Метод снижения динамической погрешности АЦП // Ыежвуз.сб.н.тр-в:0бра-ботка сложных сигналов на базе устройств функциональной электроники и цифровой техники / Рязанск. радиотехн. ин-т, 1985.-С.33-37.

19. Стахов А.П., Азаров А.Д. Перспективы создания высокопроизводительных АЦП и ЦАП на основе избыточных измерительных кодов// V Всесоюзн.симпозиум: Проблемы создания преобразователей формы информации: Тез. докл.-К.,1984.-0.54-56.

20. Стахов А.П., Азаров А.Д., Моисеев В.И. Избыточные измерительные коды и их использование для построения АЦП и ЦАП // Всесоюзн.конф.ШС-81:-Тез.докл.-Львов,1982.-С.88-93.

21. Азаров А.Д., Моисеев В.И., Марценпк В.П. Методы контроля преобразователей формы информации на основе избыточных измерительных кодов // Межвуз.сб.н.тр-в: Автоматизация обработки первичных данных / Пенз. политехи, ин-т., 1984.-С.107-108.

22. Азвров А.Д., Марценюк В.П., Стейскал В.Я. и др.

- 4t -

Применение оптоэлектронных элементов а АЦП на основа избыточных кодов Фибоначчи // Матер. II Всесоюзн.н-техн. конф. по функциональной оптоэлектронике. / Винница - Тбилиси, 1907.-0.382-386.

23. Марценюк В.П., Азаров А.Д., Моисеев В.И. Анализ схем сравнения токов на основе преобразователя "ток-напряжение". // Гибридные вычислительные машины и комплексы . ВЫП.б., 1983.-С.69-75.

24. Стахов А.П., Азаров А.Д., Марценюк В.П. и др. Параметры и схемотехника высокопроизводительных АЦП и ЦАП //Зарубежная радиоэлектроника,№2,1984.-С.79-90.

25. Азаров А.Д., Моисеев В.И., Стейскал В.Я. Высокоточный АЦП с повышенной эффективностью функционирования // Методы и микроэлектронные средства преобразования и обработки сигналов.4.1. Ин-т электроники и выч. техники. Рига, 1983.-С.49-52.

26. СТ8ЮВ А.П., Марценюк В.П., Азаров А.Д. Высокоточный АЦП, сопряженный с микроэвм // Управляющие система и машины, N5, 1985.-С.23-27.

27. Стахов A.n., Азаров А.Д., Моисеев В.И. и др. Семнадцатиразрядный самокорректирующийся АЦП // Приборы и системы управления »1,1985.-С.17-18.

28. Марценюк В.П., Азаров А.Д. Анализ температурных погрешностей ПНТ // Математические методы и измерительно-вычислительные средства обработки изображений.:Сабчота Сакврт-ВвЛО, Тбилиси,1987.-С.267-272.

29. Патент Франции N2500971,МКИ Н 03 К.Аналого-цифровой преобразователь / А.П.Стахов, А.Д.Азаров, В.А.Лукецкий (СССР).- 16с.:ил.

- 42 -

30.Патент Англии 1У2091507.МКИ Н 03 К.Аналого-цифровой преобразователь/А.П.Стахов, А.Д.Азаров, В.А.Лужецкий (СССР). - 18с.:ил.

31 .Патент Франции №2428031 ,МКИ Н 03 К.Преобразователь р-кодов в аналоговую величину / А.П.Стахов, А.Д.Азаров, В.И.Моисеев и др.(СССР).-16с.:ил.

32.Патент Канады 658889, МКИ Н 03 К.Преобразователь р-кодов в аналоговую 'величину / А.П.Стахов, А.Д.Азаров, В.И.Моисеев и др.(СССР).-1бе.:ил.

33.Патент Англии Я2090490, МКИ Н 03 К.Преобразователь р-кодов в аналоговую величину / А.П.Стахов, А.Д.Азаров, В.И.Моисеев и др.(СССР).-16с.:ил.

34. Способ аналого-цифрового преобразования: А. с. 1304172 СССР Н 03 М 1/26 / А.П. Стахов, А.Д. Азаров., В.Я. Стейскал и др. (СССР).-Зс.:ил.

35. Аналого-цифровой преобразователь: А.с.1223368 СССР Н 03 М 1/26 / А.П.Стахов, А.Д.Азаров., В.Я.Стейскал и др. (СССР).-8с.:ил.

36.Аналого-цифровой преобразователь: А.с.1226664 СССР Н 03 М 1/26 / А.П.Стахов, А.Д.Азаров., В.Я.Стейскал и др. (СССР).-8с.:ил.

37. Устройство аналого-цифрового преобразования A.c. 1288914 СССР Н 03 Ы 1/26 / А.П.Стахов, А.Д.Азаров., В.И.Моисеев и др. (СССР).-12с.:ил.

38. Входное устройство схемы сравнения токов: А. с. 1450098 СССР Н 03 К 5/24.G 05 /А. Д. Азаров, В.Я.Стейскал, Ю. М. Степайко и др. (СССР). - 4с.: ил.

39. Двухтактный Усилитель мощности: А, с. 1491713 СССР Н 03 Р 3/26 / А. Д. Азаров, В.Я.Стейскал, В.П. Мврцвнпс

и др. (СССР). - Зс.: ил.

40. Устройство для аналого-цифрового и цифроаналого- . вого преобразования:А.с.1474824 СССР Н 03 М1/02/А.Д.Азаров., В.П.Марценюк, В.И.Моисеев и др. (СССР).-14с.:ил.

41.Аналого-цифровой преобразователь: A.c. 1495993 СССР Н 03 М 1/26/ А.П.Стахов, А.Д.Азаров,В.И.Моисеев и др.(СССР).-7с.:ил.

42.Преобразователь код-ток: A.c. 1499496 СССР Н 03 Ы 1/26/ А.Д.Азаров, В.Я.Стейскал, Ь. М. Степайко в др. (СССР). - 4с.: ил.

43. Аналого-цшрровой преобразователь: А. с. '1513619 СССР Н 03 М 1/2Б / А.П.Стахов, А.Д.Азаров, В.И.Моисеев и др. (СССР) .-7с. :ил.

44.Входное устройство схемы сравнения токов: А. с. 1529434 СССР Н 03 К 5/24 / А.Д.Азаров . В.Я.Стейскал,

- D. II. Степайко к др. (СССР). - 5с.: ил.

45.Стабилизатор постоянного тока: A.c. 1534440 СССР G 05 ? 1/56/А.Д. Азаров,В.Я.Стейскал,В.П.Волков (СССР).-Зс.:ил.

46. Усилитель тока: A.c. 1548841 СССР Н 03 Р 3/26 / А.Д. Азаров,В.Я. Стейскал.Ю.Ы. Степайко (СССР).-Зс.:ил.

47. Аналоговое запоминавдее устройство : A.c. 1552231 СССР С 11 С 27/00 /А. Д. Азаров, В.Я.Стейскал, А.П. Голубев и др. (СССР). - 4с.: ил.

48. Усилитель тока: А. с. 1739476 СССР Н 03 Р 3/26 /А. Д. Азаров, В.Я.Стейскал, Е.Ы. Арапова и др. (СССР). -Зс.: ил.

Azarov. A.D. The design of analog-to-digital conver-tlon.theory on the basis of redundant position number system. Thesis submitted to earn the degree of Doctor of Engineering Soienoe In speciality 05.11.16 - information measuring sis-tems {in slence and industry), Vinnitsa State Tecnical University, Vinnitsa 1994 year. Submitted for the defence are 36 scientific works,Б abroad claimed patents and 63 author's Invention certificates that contains researches in introduction of information redundancy in ADS and DAS systems. The suggested approach is supposed to make possible a complex solution of increasing accurancy and speed of ADC convert ion of high resolution problem.The working out has applyed industry.

Азаров А. Л. Разработка теории аналого-цифрового преобразования на основе избыточных позиционных систем счисления. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.16 - информационно-иэмерительные системы (в науке и промышленности), Винницкий государственных технический университет, Винница, 1994 г. Защищается 35 научных работ, 5 зарубежных патентов и 63 авторских свидетельства на изобретение, которые содержат исследования по введение информационной избыточности в системные АЦП и ПАП. Установлено, что предлагаемый подход позволяет в комплексе решать проблемы повышения точности и скорости аналого-цифрового преобразования высокого разрешения. Освоено промышленное внедрение выполненных разработок,

Ключов1 слоаа: аналого-цифров1 перетворювач1,надлишков1 позиц1Пн1 снстеми числення. п ('

J

'Ъ

ДЛЯ ЗАМЛТОН

Подписано в печать 8ак.1 Тир. ЮО в«.

Бумаге офсстпа». Печать офсетная.

СГ.ТБ "Модуль" Хиельмиикое пос.се,