автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Совершенствование цифровых фильтров в составе дельта-сигма аналого-цифровых преобразователей для измерительных каналов

на правах рукописи

КАУЛИО Владимир Валерьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ В СОСТАВЕ ДЕЛЬТА-СИГМА АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ

Специальность: 05.11.16-"Информационно-измерительные и управляющие системы" (энергетика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2003

Работа выполнена на кафедре "Измерительные информационные технологии" Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет"

Научный руководитель - заслуженный деятель науки РФ, доктор технических

наук, профессор Гутников Валентин Сергеевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Алексеев Владимир Васильевич

- кандидат технических наук, доцент Кривченко Татьяна Игоревна

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

"Электроизмерительных приборов" (ВНИИЭП)

Защита диссертации состоится "4" декабря 2003 г. в 13.30 на заседании диссертационного совета Д 212.229.10 в ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая, 21, ауд. 535.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет".

Автореферат разослан "3" ноября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор ЛМ^С. Малыхина Г.Ф.

Актуальность.

Дельта-сигма аналого-цифровые преобразователи (ДЕАЦП) находят широкое применение в измерительных каналах информационно-измерительных систем, используемых в частности для решения задач измерения энергетических параметров мощных источников и приемников электрической энергии, а также измерения мощности и энергии слабых электрических и электромагнитных сигналов. Измерительные ДЕАЦП отличаются относительно невысокой стоимостью, высокой точностью аналого-цифрового преобразования и высокой разрешающей способностью, разрядность серийно выпускаемых ДБ преобразователей достигает 24 бит. Исследованию и развитию измерительных ДЕАЦП посвящена данная работа.

Свойства ДЕАЦП определяются качеством ДЕ модулятора и свойствами цифрового фильтра. ДЕ модулятор осуществляет квантование входного аналогового сигнала с частотой дискретизации, значительно превышающей частоту Котельникова, и формирует спектр шума квантования, смещая основную часть его энергии в область высоких частот. Цифровой фильтр, предназначенный для удаления шума квантования из измеряемого сигнала, определяет степень уменьшения погрешности квантования аналого-цифрового преобразователя, качество подавления внешних помех и в значительной мере обуславливает быстродействие преобразователя. Развитие ДЕАЦП идет по двум направлениям: совершенствование ДЕ модуляторов и цифровых фильтров, входящих в ДЕ преобразователь. В настоящее время большинство публикаций, посвященных ДЕАЦП, освещают особенности построения ДЕ модуляторов. Информация о фильтрах, применяемых в интегральных ДЕАЦП, сосредоточена, главным образом, в обширной технической документации. Поэтому актуальным является исследование цифровых фильтров в составе ДЕАЦП, выпускаемых современными мировыми фирмами, с целью определения тенденций их развития и выявления путей их совершенствования.

Наличие развитого математического аппарата теории цифровой фильтрации, а также стремительное развитие современных программных и I аппаратных вычислительных средств создают мощный потенциал для исследования, анализа и совершенствования цифровых фильтров в составе ДЕАЦП с целью повышения точности аналого-цифрового преобразования в измерительном канале.

Цель работы.

Исследование и совершенствование цифровых фильтров в составе современных измерительных ДЕАЦП для повышения точности аналого-цифрового преобразования в измерительном канале путем уменьшения динамической погрешности и эффективного подавления внешних помех.

Для достижения поставленной цели было выполнено:

1. Исследование возможностей современных программно-аппаратных средств аналого-цифровой обработки информации для применения в измерительном канале на базе А2АЦП и определение тенденций развития современных интегральных AS преобразователей.

2. Исследование амплитудно-частотных характеристик и проведение сравнительного анализа помехоподавляющих свойств цифровых фильтров в составе измерительных ДХАЦП,

3. Развитие методов повышения точности AI АЦП за счет подавления внешних сетевых помех с линейчатым спектром двухступенчатыми фильтрами.

4. Разработка метода повышения точности ДЕАЦП путем масштабирования импульсных характеристик цифровых Sinc-фильтров.

5. Вывод формул для расчета и практической реализации цифровых масштабирующих фильтров на базе Sinc-фильтров произвольного порядка.

6. Разработка средств для синтеза, имитационного моделирования, практической реализации, тестирования и анализа АЕАЦП на основе существующих и новых цифровых фильтров.

7. Исследование качества подавления погрешности квантования в Д2АЦП на базе разработанных цифровых масштабирующих фильтров и цифровых фильтров, подавляющих помехи с линейчатым спектром.

Методы исследований.

Для решения поставленных задач применялись методы теории цифровой фильтрации, спектрального анализа и оценки погрешностей, методы интегрального исчисления и интерполяции, методы моделирования ДЕАЦП. Основные теоретические результаты проверены экспериментально. Имитационное моделирование ДЕАЦП, анализ амплитудно-частотных характеристик цифровых фильтров, анализ погрешностей и помехоподавляющих свойств, а также разработка цифровых масштабирующих фильтров производились с применением системы математических расчетов MATLAB версии 6.5 и среды программирования Visual Studio версии 6.0 на языке программирования Visual С++.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан метод уменьшения динамической погрешности ДЕАЦП путем масштабирования импульсной характеристики Sinc-фильтра.

2. Получены аналитические зависимости для расчета импульсных характеристик цифровых масштабирующих фильтров, позволяющие осуществлять синтез измерительного канала на их основе и проводить исследования их помехоподавляющих свойств.

3. Развит метод цифровой обработки сигнала, позволяющий одновременно подавлять периодические помехи с различными некратными частотами, с целью повышения точности аналого-цифрового преобразования в измерительном канале на базе AS модуляции.

Практическая значимость:

¡.Проведенное исследование амплитудно-частотных характеристик цифровых фильтров, входящих в состав современных измерительных АЕАЦП, позволяет синтезировать их структуры, а также проводить имитационное моделирование и синтез новых АЕ преобразователей с целью повышения точности аналого-цифрового преобразования.

2. Использование развитого в работе метода применения цифровых фильтров, одновременно подавляющих две периодические помехи с некратными частотами, позволяет повышать точность аналого-цифрового преобразования в измерительном канале на базе АЕ модуляции.

3. Выведенные общие формулы для расчета цифровых масштабирующих фильтров позволяют эффективно осуществлять их практическую реализацию в составе АЕАЦП с целью одновременного получения быстрых результатов измерений ограниченной разрядности и высокоточных результатов при ограниченном быстродействии.

4. Разработанные в работе быстродействующие программные средства для имитационного моделирования АЕАЦП позволяют производить сравнительный анализ цифровых фильтров при практической реализации измерительного канала путем расчета максимального и среднеквадратического значений погрешности квантования.

На защиту выносятся:

1. Метод повышения точности АЕАЦП одновременным подавлением периодических помех с двумя некратными частотами с помощью двухступенчатого цифрового фильтра.

2. Метод уменьшения динамической погрешности АЕАЦП путем масштабирования импульсной характеристики Sinc-фильтра.

3. Формулы для расчета импульсных характеристик цифровых масштабирующих фильтров.

4. Программное обеспечение для исследования погрешности квантования аналого-цифрового преобразования на базе АЕ модуляции.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на международной конференции "Sensor & Systems" (Нюрнберг, Германия, 2001 г.), на международной конференции "Датчики и системы" (С.-Петербург, Россия, 2002 г.), обсуждались на Политехническом симпозиуме: "Молодые ученые -промышленности Северо - Западного Региона" (С.-Петербург, 2002 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 4 статьи и тезисы докладов на 3 конференциях.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, содержит 121 страницу, включает 80 рисунков, 4 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определен объект исследований, обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования.

Глава 1.

Развитие современной аналого-цифровой интегральной электроники позволяет создавать микросхемы, интегрирующие в себе такие функциональные узлы измерительного канала, как аналоговый нормирующий преобразователь, аналого-цифровой преобразователь и процессор обработки цифрового кода. При совершенствовании средств измерений большое внимание уделяется вопросам увеличения интеграции узлов измерительного канала с целью уменьшению размера и потребляемой мощности измерительной системы, а также унификации электрических характеристик элементов. Примером реализации данного подхода являются программируемые аналого-цифровые микросхемы, которые построены с применением технологии переключаемых конденсаторов и состоят из конфигурируемых аналоговых и цифровых блоков. Цифровые блоки предназначены для обеспечения различных интерфейсов обмена данными, аналоговые блоки служат для реализации таких элементов как усилители с программируемым коэффициентом усиления, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, в том числе на базе ДЕ модуляции. Можно предположить, что по аналогии с широким распространением интегральных схем с программируемой цифровой логикой данное направление найдет широкое применение во многих областях обработки аналоговых и цифровых сигналов.

Основным типом аналого-цифровых преобразователей, предназначенных для применения в измерительных системах, в настоящее время являются АЕАЦП, поскольку их схемотехника хорошо согласуется с технологией изготовления интегральных схем, они обеспечивают высокую точность преобразования и возможность гибкого обмена точности на быстродействие. В работе выполнен обзор современных интегральных микросхем, предназначенных для построения измерительных каналов, и рассмотрены особенности применения А Е преобразователей в составе программируемых аналого-цифровых микросхем. Автором, в частности, разработаны системы измерения напряжения с применением интегральных нормирующих преобразователей и микроконтроллеров с интегрированными ДЕАЦП [5, 6, 7]. Для определения тенденций развития AS преобразователей и способов их реализации в работе был выполнен сравнительный анализ современных интегральных АЕАЦП следующих фирм: Analog Devices Inc., Texas Instruments Inc., Linear Technology Corp., Maxim Integrated Products, Microchip Technology Inc., Cypress MicroSystems Inc., Xemics SA. Сводная таблица Д1АЦП, приведенная в работе, содержит более 60 наименований AI преобразователей с

указанием разрядности, типа А2 модулятора и цифрового фильтра, частоты следования выходных отсчетов и степени подавления помех.

Известно, что отличительной особенностью ЛЕ преобразователей является возможность технологически удобного обмена времени преобразования на точность. Данная возможность реализуется в современных А2АЦП путем использования цифровых фильтров с программируемой длиной импульсной характеристики. Это позволяет настраивать ЛУ.АТТТТ для получения, например, высокоточных измерений с ограниченной частотой выходных отсчетов или для выполнения быстрых измерений ограниченной точности. Важной задачей измерительных технологий является анализ измеряемых параметров как в стационарном режиме работы системы, так и в ' переходном или аварийном режиме. Это требуется, например, при измерении

энергетических параметров в системах контроля и диагностики для оперативного обнаружения состояний системы, близких к критическим. В I серийно выпускаемых А2АЦП данная задача решается с использованием

специальных механизмов переключения цифровых фильтров. Поэтому актуальной является задача разработки новых цифровых фильтров в составе Д2АЦП, позволяющих без увеличения аппаратурных затрат обеспечивать как быстрые измерения ограниченной точности, так и точные измерения при ограниченном быстродействии.

При разработке измерительных систем для обработки аналоговых сигналов, требующих высокой точности преобразования, необходимо учитывать требования к подавлению внешних помех. С этой целью во многих Д2 преобразователях совместно с основным цифровым фильтром применяются дополнительные дискретные фильтры, образуя, таким образом, один двухступенчатый цифровой фильтр. Одним из путей развития цифровых фильтров в составе АЕАЦП является обеспечение возможности подавления помех как с частотой 50 герц, так и 60 герц. В современных АХ АЦП данная задача решается за счет снижения скорости преобразования, либо уменьшения степени подавления сетевой помехи. В настоящее время известны фильтры, предназначенные для эффективного подавления помех с линейчатым спектром, к которым относятся внешние сетевые помехи. Актуальной является задача исследования применения таких фильтров в составе АБАЦП с целью определения их влияния на степень подавления погрешности квантования.

Глава 2.

Поскольку техническая документация на выпускаемые ДЕАЦП предназначена в основном для описания правил работы с изделием, в ней не содержится полной информации о структуре цифровых фильтров, что усложняет процесс их анализа. С другой стороны, для цифрового фильтра в составе АХ преобразователя приводятся диаграммы амплитудно-частотных характеристик. Поскольку амплитудно-частотные характеристики фильтров однозначно соответствуют принципу их действия, они были использованы для

получения импульсных характеристик цифровых фильтров и исследования их помехоподавляющих свойств. Сложность подобного анализа состоит в том, что определять импульсную характеристику фильтра в большинстве случаев требуется по графическому представлению амплитудно-частотной характеристики результирующего фильтра при отсутствии аналитического выражения амплитудно-частотной характеристики и структуры образующих фильтров. Поэтому анализ цифровых фильтров выполнялся методом разработки моделей цифровых фильтров и последующим визуальным анализом их амплитудно-частотных характеристик.

С этой целью в системе математических расчетов МАТЬАВ было разработано соответствующее программное обеспечение для моделирования амплитудно-частотных и импульсных характеристик цифровых фильтров. В результате исследования были получены аналитические представления импульсных характеристик цифровых фильтров в составе измерительных Д1АЦП и предложена классификация Д2 преобразователей по виду импульсной характеристики цифрового фильтра (см. рис. 1).

В отличие от традиционного обозначения порядка дискретного фильтра количеством его отсчетов, порядком Ь Бтс-фильтра принято считать показатель степени Ь его амплитудно-частотной характеристики согласно формуле (1):

//

Щ/)\=

тс—)

_Л

Г

Л

(1)

где /5 - частота работы ДЕ модулятора; £ - порядок Бтс-фильтра; N -количество импульсов импульсной характеристики Бтс-фильтра первого порядка, которая представляет собой набор импульсов равной амплитуды, следующих с частотой дискретизации .

В энергетике при разработке измерительных систем для обработки аналоговых сигналов, требующих высокой точности преобразования, важной задачей является подавление внешних сетевых помех. Спектр сетевой помехи, вызываемой влиянием сетевого напряжения, имеет линейчатый характер: мощность помехи сконцентрирована на основной частоте /£1 (частоте питающей сети) и кратных ей частотах высших гармоник /Ек.

В ДЕАЦП подавление внешних помех возможно за счет встроенного в него цифрового фильтра. Для подавления сетевой помехи, как правило, применяются цифровые фильтры, импульсная характеристика которых представляет собой два импульса, разнесенных на нечетное число полупериодов помехи. Амплитудно-частотная характеристика подобных фильтров описывается формулой (2):

|Я(/)| = |с08(Я/Г)|, (2)

где/- частота; Т- расстояние между импульсами импульсной характеристики фильтра. Поэтому такие фильтры в диссертации условно названы косинусными (Cos) фильтрами, хотя развитие этих фильтров приводит к получению более сложных амплитудно-частотных характеристик.

Цифровые фильтры в составе измерительных АГАЦП

Sinc-фильтр

Частота выходных отсчетов /quj

Частота /"ZI первого нуля АЧХ

Частота ——

_L

Размещение нулей АЧХ

Разнесенные

Совмещенные

Cos-фильтр

Количество образующих ИХ

ъ

Число импульсов образующей ИХ

-1

Частота импульсов образующей ИХ

Постоянное:' 2

Переменное: 2...7

Постоянная:

four

— Несимметричный треугольный

Переменная:

9к * f

L J OUT'

К=0...(АМ)

-Г

Гаусса

Чебышева

Рис. 1. Классификация цифровых фильтров в составе измерительных Д2АЦП по виду импульсной характеристики.

В составе ДЕАЦП СоБ-фильтры отдельно не применяются, они используются только совместно с другими фильтрами в качестве дополнительного фильтра. Проведенный в работе анализ показал, что в современных А2АЦП совместно с основным, например вшс-фильтром, применяются цифровые фильтры двух типов. Импульсные характеристики цифровых фильтров первого типа образуются сверткой импульсных характеристик, состоящих из двух импульсов, причем расстояние между

импульсами каждой последующей импульсной характеристики увеличивается в два раза. Амплитудно-частотная характеристика фильтров данного типа может быть выражена формулой (3):

м

И/)|=

Пс08(2('_1)71 /Г)

(3)

где /- частота; М - количество образующих импульсных характеристик; Т-минимальное расстояние между импульсами, которое равняется длине импульсной характеристики основного цифрового фильтра, входящего в состав ДЕАЦП. Данные фильтры можно отнести к классу Сов-фильтров. Импульсные характеристики цифровых фильтров второго типа образуются сверткой импульсных характеристик с переменным числом импульсов, расстояние между которыми одинаково и равно длине импульсной характеристики основного фильтра, число импульсов каждой последующей импульсной характеристики увеличивается на единицу.

Одно из направлений развития ДЕАЦП заключается в совершенствовании цифровых фильтров с целыо повышения степени подавления внешних сетевых помех и обеспечения возможности подавления помех как с частотами 50 герц, так и 60 герц. В современных ДЕ преобразователях данная возможность реализуется двухступенчатыми фильтрами. На рис. 2 изображены импульсная (см. рис.2, а) и амплитудно-частотная (см. рис. 2, б) характеристики двухступенчатого фильтра, состоящего из Бшс-фильтра третьего порядка и Сов-фильтра с импульсной характеристикой из двух импульсов. Горизонтальными линиями обозначены расчетные значения уровней подавления помех на частотах (50+1) герц и (60+1,2) герц, они составляют -70 децибел и - 65 децибел соответственно.

0 002 0 04 С СЁ 008 01 012

20 <0 60 80 100 120 140 160 160 2т

Рис. 2. Импульсная (а) и амплитудно-частотная (б) характеристики двухступенчатого фильтра на базе косинусного фильтра.

Известно, что

для подавления сетевых помех могут успешно применяться биномиальные фильтры. Однако до настоящего времени их свойства применительно к ДЕАЦП не были исследованы. Биномиальные фильтры являются разновидностью Соб-

фильтров, их импульсные характеристики образуются сверткой импульсных характеристик, состоящих их двух импульсов с постоянной частотой их следования. Амплитуды импульсов рассчитываются по формуле биномиальных коэффициентов.

С целью подавления двух периодических помех с двумя некратными частотами в данной работе предлагается строить цифровой фильтр Л2 преобразователя на базе 8тс-фильтра и биномиального фильтра. Длина импульсной характеристик Бтс-фильтра порядка Ь настраивается таким образом, чтобы первый нуль амплитудно-частотной характеристики совпадал с частотой помехи ,. Биномиальным фильтром осуществляется подавление

помехи с частотой /£12- Результирующая импульсная характеристика такого

биномиального фильтра образуется сверткой из М образующих импульсных характеристик, представляющих собой два импульса. Расстояние между импульсами равно половине периода подавляемой помехи с частотой /£12-

Амплитудно-частотная характеристика результирующего фильтра может быть представлена формулой (4):

где /- частота; fs - частота дискретизации. На рис. 3 изображены импульсная (см. рис. 3, а) и амплитудно-частотная (см. рис. 3, б) характеристики цифрового фильтра на базе Sine-фильтра третьего порядка и биномиального фильтра при значении М, равного четырем.

(4)

а)

(=1_—I__1—1-1—I—1—

001 002 0 03 0£4 0Л5 0 06 007 0 08 0 03

0 10 20 30 *050607080 50 100110120130140160150170180190200

О

Рис. 3. Импульсная (а) и амплитудно-частотная (б) характеристики двухступенчатого фильтра на базе биномиального фильтра.

Горизонтальными линиями обозначены расчетные значения уровней подавления помех на частотах (50 ±1) герц и (60 ±1,2) герц, они составляют -165 децибел и -140 децибел соответственно, то есть степень подавления

помех увеличивается по сравнению с рассмотренным Cos-фильтром на 95 децибел и 75 децибел. При этом быстродействие АЕ преобразователя увеличивается на 20%. В случае применения биномиального фильтра точность преобразования в смысле среднеквадратического значения погрешности квантования возрастает на 40% при использовании АЕ модулятора первого порядка и на 20% при использовании АЕ модулятора второго порядка. Уменьшение диапазона измерения на 5% позволяет достигать повышения точности на 40% и 50% при использовании Д1 модуляторов первого и второго порядков соответственно.

В результате можно сделать вывод, что предлагаемый способ позволяет повысить точность и функциональность аналого-цифрового преобразования в измерительном канале с применением Д2АЦП за счет повышения степени подавления двух периодических помех с некратными частотами, увеличения степени подавления погрешности квантования и увеличения скорости преобразования.

Глава 3.

Одной из актуальных задач аналого-цифрового преобразования в измерительном канале является задача одновременного обеспечения высокой точности измерений и высокой скорости реакции системы на изменение входного аналогового сигнала. Это требуется в энергетике, например, для быстрой индикации измеряемых значений с целью оперативного автоматического обнаружения аварийных ситуаций и вместе с тем получения высокоточных средних значений измеряемого сигнала, а также при многоканальных измерениях и т.п.

В результате обзора современных высокоточных АЕ преобразователей выяснилось, что наиболее распространенными цифровыми фильтрами в составе Д1АЦП являются Sinc-фильтры. Импульсные характеристики таких фильтров образуются сверткой нескольких прямоугольных импульсов во временной области. При этом обмен быстродействия Д2АЦП на точность производится изменением длины прямоугольных импульсов. Увеличение длины импульсной характеристики цифрового фильтра повышает степень подавления погрешности квантования. Поскольку в современных ДЕАЦП настройка длины импульсной характеристики цифрового фильтра осуществляется редактированием программируемых регистров преобразователя, это позволяет производить настройку ДЕАЦП для получения либо высокой скорости, либо высокой точности аналого-цифрового преобразования, но при этом отсутствует возможность одновременного получения высокоточных измеренных значений и в то же время анализа быстро протекающих процессов. Для решения этой задачи в интегральных Д1АЦП AD7730/31 фирмы Analog Devices, построенных на основе Sinc-фильтра третьего порядка, производится автоматическое переключение различных фильтров второй ступени в зависимости от скорости изменения входного сигнала.

В данной работе предложен метод, названный масштабированием, который позволяет технологически удобно и эффективно уменьшать динамическую погрешность ДХАЦП и одновременно обеспечивать высокую точность измерения значений, характеризующих среднее значение сигнала. Суть метода масштабирования заключается в следующем. Длина импульсной характеристики цифрового Бшс-фильтра настраивается для минимального времени измерения с приемлемой точностью с целью обеспечения малой динамической погрешности аналого-цифрового преобразования. Выходные отсчеты Бтс-фильтра обрабатываются масштабирующим фильтром, который осуществляет увеличение длины импульсной характеристики Бшс-фильтра без искажения формы (масштабирование) с целью уменьшения погрешности квантования. Это позволяет получать высокоточные измеренные значения, соответствующие медленньм процессам. Общая сложность результирующего цифрового фильтра с использованием метода масштабирования оказывается практически такой же, как в случае реализации классического Бтс-фильтра, обеспечивающего аналогичную степень подавления погрешности квантования для низкочастотного сигнала, но исключающего возможность анализа быстропротекающих процессов.

В процессе вывода общей формулы для расчета параметров масштабирующих фильтров для втс-фильтров произвольного порядка разработана методика для автоматизированного расчета аналитических представлений импульсных характеристик Бтс-фильтра порядка I. Данная методика позволила использовать для выполнения поставленной задачи мощный аппарат символьных вычислений системы математических расчетов МАТЪАВ. С целью сохранения формы масштабируемой импульсной характеристики коэффициент децимации выходных отсчетов втс-фильтра порядка Ь не должен превышать значения Ы, равного длине его образующей импульсной характеристики (см. формулу (1)). Количество импульсов п импульсной характеристики соответствующего масштабирующего фильтра рассчитывается по формуле (5):

и = 10Р-1) + 1, (5)

где Ж— коэффициент масштабирования, то есть увеличения длины импульсной характеристики Бгас-фильтра. Масштабирование осуществляется суммированием выходных отсчетов Бтс-фильтра с определенными весовыми коэффициентами, соответствующим амплитудам импульсов импульсной характеристики масштабирующего фильтра. В основу общего соотношения для расчета параметров масштабирующих фильтров положена выведенная в работе формула (6) масштабирующего многочлена 1Л{х):

(х + ^-1)! п+итос12

2 (6) где й - степень многочлена, х - аргумент многочлена, п - количество импульсов импульсной характеристики масштабирующего фильтра.

Общая формула (7) для расчета целочисленных значений амплитуд импульсов импульсной характеристики масштабирующего фильтра выведена путем анализа импульсных характеристик Бтс-фильтров с 1 по 8 порядок с увеличением длины импульсной характеристики от 2 до 7 раз:

7г_,(0,/еР,Г|;

Ь-х (0 - ¡2 (£)*/.,, » е [2Г +1, ЗЖ]- (7)

К1У

h-1 (0- Jj +1,---=

2W _

где i - номер импульса импульсной характеристики масштабирующего фильтра; L - порядок Sinc-фильтра; W - коэффициент увеличения длины импульсной характеристики Sinc-фильтра; п - количество импульсов импульсной характеристики масштабирующего фильтра; mod - операция вычисления остатка от деления; [ ]-операция целочисленного деления; IL.x(i) и Ij(L) - значения масштабирующего многочлена со степенями L-1 и j

соответственно. Данная формула позволяет вычислить значения амплитуд для первой половины импульсов, остальные значения определяются по формуле симметрии (8):

v у . Г1 « + nmod21

KLii = KLin_l+l,is[l,---]. (8)

Затем значения амплитуд импульсов KLj импульсной характеристики

масштабирующего фильтра нормируются для обеспечения равенства единице площади под результирующей импульсной характеристикой путем деления каждого коэффициента на сумму всех коэффициентов.

С целью упрощения расчета параметров масштабирующих фильтров может быть использовано полученное в работе итерационное соотношение (9) для вычисления значений масштабирующего многочлена:

/,(*) = /,(*-1)-^+1],/,(1) = 1. (9)

Таким образом, многочлены /£_j(0 и I} (L) в формуле (7) могут быть рассчитаны по формулам (10) и (11):

fL-1 Л . r„ n + nmod2

Ь-г (0 = 4-10' ~ 1)" +1}, е [2, ;, ], (1) = 1, (Ю)

1} (I) = 1}{Ь -1) • ^ +1), (1) = 1. (11)

Следовательно, для синтеза масштабирующих фильтров требуется знать два параметра: порядок Ь 8тс-фильтра и коэффициент УУ увеличения длины его импульсной характеристики.

Увеличение длины импульсной характеристики Бтс-фильтров 3 порядка в 4 раза производится суммированием его выходных отсчетов с весовыми коэффициентами {1, 3, 6, 10, 12, 12, 10, 6, 3, 1}, импульсной характеристики 8тс-фильтра 4 порядка в 3 раза - {1, 4, 10, 16, 19, 16, 10, 4, 1}. Масштабирование данных импульсных характеристик проиллюстрировано на рис. 4. Таким образом, масштабирующие фильтры просты и удобны в практической реализации.

Рис. 4. Масштабирование импульсных характеристик Этс-фильтров 3 (а) и 4 (б) порядков в 4 (а) и 3 (б) раза.

Для расчета параметров масштабирующих фильтров написаны программы на языке программирования системы математических расчетов МАТЬАВ. Разработан алгоритм быстрого вычисления .параметров масштабирующих фильтров и исследованы их помехоподавляющие свойства. Полученные в работе общие формулы для расчета параметров масштабирующих фильтров позволяют эффективно реализовать их на практике с применением современных программно-аппаратных средств и серийно выпускаемых А! АЦП.

Глава 4.

> Данная глава посвящена разработке средств имитационного

моделирования ДЕАЦП с целью исследования подавления погрешности I квантования цифровыми фильтрами, входящими в состав современных

высокоточных измерительных ДЕАЦП, и проверки работы предложенных в работе новых фильтров. Проведенный анализ амплитудно-частотных и импульсных характеристик цифровых фильтров позволил синтезировать модели ДЕАЦП и произвести сравнительную оценку точности аналого-цифрового преобразования. Точность ДЕ преобразователей оценена расчетом максимального и среднеквадратического значений абсолютной приведенной погрешности квантования.

Для исследования качества аналого-цифрового преобразования с применением цифровых масштабирующих фильтров, а также биномиальных и Соэ-фильтров разработаны программные средства для имитационного

13

моделирования и анализа погрешностей квантования ДЕАЦП. Разработанные средства выполнены в среде проектирования Visual Studio версии 6.0 с использованием языка программирования Visual С++ на платформе Win32, а также в системе математических расчетов MATLAB. Общая структура разработанных средств представлена на рис. 5.

Рис. 5. Структурная схема программного обеспечения.

С целью обеспечения высокой скорости проведения эксперимента AS модуляция тестового сигнала, цифровая фильтрация и расчет погрешности квантования осуществляется консольными приложениями Vusual_DSM.exe и Visual_DSD.exe, разработанными на языке программирования Visual С++. Разработка цифрового фильтра в виде отдельной программы позволяет применять его для обработки ДЕ модулированных сигналов в измерительных системах на основе интегральных ДЕ преобразователей путем предварительного сохранения их на жестком диске персонального компьютера. Управление запуском осуществляется из командного ВАТ-файла, в котором указываются параметры ДЕАЦП и моделируемого сигнала. Это позволяет производить автоматизацию эксперимента. Обмен информацией между приложениями производится посредством жесткого диска персонального компьютера. Файлы с расширением "SIG" содержат измерительную информацию, "ERR" - значения погрешности квантования, "CFT" - значения (

импульсной характеристики цифрового фильтра в составе ДЕАЦП.

Расчет и визуализация импульсных характеристик цифровых фильтров, а также визуализация и дальнейшая обработка погрешности квантования \

производится в системе MATLAB специальными программами на встроенном I

языке программирования. Это позволяет применять мощный математический инструментарий данной системы для моделирования и анализа ДЕАЦП. Синхронизация передаваемых между приложениями данных реализована с помощью специального наименования файлов с данными.

Разработанные средства для имитационного моделирования ДЕАЦП и расчета максимального и среднеквадратического значений погрешности квантования позволили исследовать свойства новых фильтров, предложенных в работе и описанных в главах 2 и 3. Полученные в работе импульсные

характеристики двухступенчатых цифровых фильтров типовых ДЕАЦП, серийно выпускаемых ведущими мировыми фирмами, были использованы для проведения сравнительного анализа фильтров на базе СоБ-фильтров и биномиальных фильтров.

Поскольку погрешности ДЕ преобразователей в справочных данных указываются достаточно кратко, в системе МАТЬАВ были разработаны специальные средства для анализа погрешности квантования ДЕАЦП. Как и ожидалось, проведенные исследования показали, что погрешность квантования по диапазону входного сигнала распределена неравномерно. В частности, в начале и в конце диапазона погрешность в несколько раз превышает значения, характерные для остальной части диапазона. На этом основании были сделаны рекомендации о целесообразном диапазоне изменения входного сигнала при работе с подобными аналого-цифровыми преобразователями.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Как показал проведенный в работе анализ современных средств построения измерительного канала, их развитие идет по пути создания программируемых аналого-цифровых микросхем и широкого применения интегральных ДЕАЦП.

2. В результате анализа цифровых фильтров сделан вывод о том, что в составе измерительных ДЕАЦП в основном применяются двухступенчатые цифровые фильтры, построенные на основе Бтс-фильтров третьего, четвертого порядков и Сов-фильтры, обеспечивающие подавление сетевых помех.

3. В результате развития метода цифровой фильтрации в ДЕАЦП, основанном на одновременном подавлении периодических помех с двумя некратными частотами, были улучшены такие важные свойства ДЕАЦП, как быстродействие и подавление погрешности квантования.

4. В работе предложен метод масштабирования импульсной характеристики Бтс-фильтра порядка Ь в составе ДЕ преобразователя с целью обеспечения возможности одновременного выполнения быстрых измерений ограниченной разрядности и получения высокоточных измеренных значений сигналов низкой частоты.

5. Полученные в работе общие формулы для расчета параметров масштабирующих фильтров позволяют эффективно реализовывать их на практике с применением современных микропроцессорных средств и серийно выпускаемых измерительных ДЕАЦП.

6. С помощью разработанных в работе программных средств имитационного моделирования ДЕАЦП проведен сравнительный анализ качества аналого-цифрового преобразования на базе ДЕ модуляции с применением существующих и новых методов цифровой фильтрации.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гутников B.C., Каулио В.В. Повышение точности дельта-сигма аналого-цифровых преобразователей методом масштабирования импульсных характеристик Sinc-фильтров.//Микропроцессорные средства измерений: Сборник трудов. Выпуск 3, СПб.: Изд-во "Нестор", 2003, С. 5-15.

2. Каулио В.В. Анализ цифровых фильтров в составе дельта-сигма аналого-цифровых преобразователей.//Микропроцессорные средства измерений: Сборник трудов. Выпуск 3, СПб.: Изд-во "Нестор", 2003, С. 45-52.

3. Каулио В.В. Анализ двухступенчатых фильтров в составе дельта-сигма аналого-цифровых преобразователей.//Микропроцессорные средства измерений: Сборник трудов. Выпуск 3, СПб.: Изд-во "Нестор", 2003, С. 53-64.

4. Каулио В.В. Построение дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя на программируемых аналого-цифровых интегральных схемах.//Микропроцессорные средства измерений: Сборник трудов. Выпуск 3, СПб.: Изд-во "Нестор", 2003, С. 65-73.

5. V. Kaulio, V. Gutnikov. The Small Soft- and Hardware System of the Measuring Data Acquisition and Processing Using the Microsoft ExceI//SENSOR Proceedings, Nuernberg, 2001, Vol.2, P. 583-584, AMA Service GmbH, Wunstorf / Germany.

6. Каулио В.В. Мини-система для измерений угла поворота и силы. Датчики и системы: Сборник докладов международной конференции. Том 2. СПб.: Изд-во СП6П1У, 2002, С. 179-183.

7. Каулио В.В. Универсальная система для измерения напряжения на базе масштабирующего дельта-сигма АЦП.//Политехнический симпозиум "Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона": Тезисы докладов. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002, С.43.

V

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97.

Подписано в печать № Я0ОЪ Объем в п.л. {&.

I Тираж /00. Заказ ЛУ.

----

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, | в типографии Издательства СП6ГПУ

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

Отпечатано на ризографе 1Ш-2000 ЕР | Поставщик оборудования — фирма "Р-ПРИНТ"

Телефон: (812) 110-65-09 Факс: (812) 315-23-04

оз-fl И 7 5 6 О

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.

Обзор современных средств построения измерительного канала и определение тенденций развития аналого-цифрового преобразования на базе дельта-сигма (AZ) модуляции.

1.1. Обзор современных методов повышения интеграции измерительного канала на базе AZ модуляции.

1.2. Принцип AZ аналого-цифрового преобразования и обзор структур AZ модуляторов. 1В

1.3. Построение АЕ аналого-цифровых преобразователей (АЦП) на переключаемых конденсаторах.

1.4. Обзор современных измерительных АЕАЦП.

1.5. Постановка задачи дальнейших исследований.

ГЛАВА 2.

Исследование помехоподавляющих свойств цифровых фильтров в составе измерительных АХ АЦП и их развитие.

2.1. Анализ одноступенчатых цифровых фильтров в составе АЕАЦП.

2.2. Анализ двухступенчатых цифровых фильтров в составе АЕАЦП.

2.3. Развитие цифровых фильтров в составе АЕАЦП для подавления помех с линейчатым спектром.

2.4. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3.

Разработка масштабирующих фильтров для повышения точности аналого-цифрового преобразования на базе AZ модуляции.

3.1. Описание метода масштабирования.

3.2. Расчет импульсных характеристик Sinc-фильтров.

3.3. Разработка масштабирующих фильтров.

3.4. Анализ помехоподавляющих свойств масштабирующих фильтров.

3.5. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4.

Практическая реализация и анализ новых методов повышения точности аналого-цифрового преобразования в измерительном канале на базе Д£ модуляции.

4.1. Разработка инструментария для имитационного моделирования и анализа погрешности квантования ДЕАЦП.

4.2. Моделирование цифровых фильтров, подавляющих помехи с линейчатым спектром, и анализ погрешности квантования Д1АЦП на их основе.

4.3. Моделирование масштабирующих фильтров и анализ погрешности квантования АЕАЦП на их основе.

4.4. Выводы по главе 4.

Измерительный канал является неотъемлемой частью информационно-измерительной системы, он обеспечивает восприятие информации об измеряемом процессе или объекте и ее преобразование в цифровой код для последующей обработки, сохранения и передачи. Качество измерительного канала во многом определяется используемым в нем аналого-цифровым преобразователем. В настоящее время в измерительных каналах информационно-измерительных систем, используемых, в частности, для решения задач измерения энергетических параметров мощных источников и приемников электрической энергии, а также измерения мощности и энергии слабых электрических и электромагнитных сигналов, широкое применение находят дельта-сигма аналого-цифровые преобразователи (ЛЕАЦП). Измерительные АЕАЦП отличаются относительно невысокой стоимостью, высокой точностью аналого-цифрового преобразования и высокой разрешающей способностью, разрядность серийно выпускаемых AZ преобразователей достигает 24 бит. Исследованию и развитию измерительных ЛЕАЦП посвящена данная работа.

Свойства А1АЦП определяются качеством АН модулятора и свойствами цифрового фильтра. AZ модулятор осуществляет квантование входного аналогового сигнала с частотой дискретизации, значительно превышающей частоту Котельникова, и формирует спектр шума квантования, смещая основную часть его энергии в область высоких частот. Цифровой фильтр, предназначенный для удаления шума квантования из измеряемого сигнала, определяет степень уменьшения погрешности квантования аналого-цифрового преобразователя, качество подавления внешних помех и в значительной мере обуславливает быстродействие преобразователя. Развитие АЕАЦП идет по двум направлениям: совершенствование AS модуляторов и цифровых фильтров, входящих в AS преобразователь. В настоящее время большинство публикаций, посвященных АЕАЦП, освещают особенности построения АЕ модуляторов. Информация о фильтрах, применяемых в интегральных АЕАЦП, сосредоточена, главным образом, в обширной технической документации. Поэтому актуальным является исследование цифровых фильтров в составе АЕАЦП, выпускаемых современными мировыми фирмами, с целью определения тенденций их развития и выявления путей их совершенствования.

Наличие развитого математического аппарата теории цифровой фильтрации, а также стремительное развитие современных программных и аппаратных вычислительных средств создают мощный потенциал для исследования, анализа и совершенствования цифровых фильтров в составе АЕАЦП с целью повышения точности аналого-цифрового преобразования в измерительном канале.

Целью работы является исследование и совершенствование цифровых фильтров в составе современных измерительных АЕАЦП для повышения точности аналого-цифрового преобразования в измерительном канале путем уменьшения динамической погрешности и эффективного подавления внешних помех.

Для достижения поставленной цели было выполнено:

1. Исследование возможностей современных программно-аппаратных средств аналого-цифровой обработки информации для применения в измерительном канале на базе АЕАЦП и определение тенденций развития современных интегральных АЕ преобразователей.

2. Исследование амплитудно-частотных характеристик и проведение сравнительного анализа помехоподавляющих свойств цифровых фильтров в составе измерительных АЕАЦП.

3. Развитие методов повышения точности АЕАЦП за счет подавления внешних сетевых помех с линейчатым спектром двухступенчатыми фильтрами.

4. Разработка метода повышения точности АЕАЦП путем масштабирования импульсных характеристик цифровых Sinc-фильтров.

5. Вывод формул для расчета и практической реализации цифровых масштабирующих фильтров на базе Sinc-фильтров произвольного порядка.

6. Разработка средств для синтеза, имитационного моделирования, практической реализации, тестирования и анализа АЕАЦП на основе существующих и новых цифровых фильтров.

7. Исследование качества подавления погрешности квантования в АЕАЦП на базе разработанных цифровых масштабирующих фильтров и цифровых фильтров, подавляющих помехи с линейчатым спектром.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан метод уменьшения динамической погрешности АЕАЦП путем масштабирования импульсной характеристики Sinc-фильтра.

2. Получены аналитические зависимости для расчета импульсных характеристик цифровых масштабирующих фильтров, позволяющие осуществлять синтез измерительного канала на их основе и проводить исследования их помехоподавляющих свойств.

3. Развит метод цифровой обработки сигнала, позволяющий одновременно подавлять периодические помехи с различными некратными частотами, с целью повышения точности аналого-цифрового преобразования в измерительном канале на базе AZ модуляции.

Практическая значимость:

1. Проведенное исследование амплитудно-частотных характеристик цифровых фильтров, входящих в состав современных измерительных АЕАЦП, позволяет синтезировать их структуры, а также проводить имитационное моделирование и синтез новых AZ преобразователей с целью повышения точности аналого-цифрового преобразования.

2. Использование развитого в работе метода применения цифровых фильтров, одновременно подавляющих две периодические помехи с некратными частотами, позволяет повышать точность аналого-цифрового преобразования в измерительном канале на базе АЕ модуляции.

3. Выведенные общие формулы для расчета цифровых масштабирующих фильтров позволяют эффективно осуществлять их практическую реализацию в составе АЕАЦП с целью одновременного получения быстрых результатов измерений ограниченной разрядности и высокоточных результатов при ограниченном быстродействии.

4. Разработанные в работе быстродействующие программные средства для имитационного моделирования АЕАЦП позволяют производить сравнительный анализ цифровых фильтров при практической реализации измерительного канала путем расчета максимального и среднеквадратического значений погрешности квантования.

На защиту выносятся:

1. Метод повышения точности ДХАЦП одновременным подавлением периодических помех с двумя некратными частотами с помощью двухступенчатого цифрового фильтра.

2. Метод уменьшения динамической погрешности AS АЦП путем масштабирования импульсной характеристики Sinc-фильтра.

3. Формулы для расчета импульсных характеристик цифровых масштабирующих фильтров.

4. Программное обеспечение для исследования погрешности квантования аналого-цифрового преобразования на базе AZ модуляции.

По теме диссертации опубликовано 4 статьи и тезисы докладов на трех конференциях: международная конференция "Sensor & Systems" (Нюрнберг, Германия, 2001 г.), международная конференция "Датчики и системы" (С.Петербург, Россия, 2002 г.), Политехнический симпозиум: "Молодые ученые -промышленности Северо - Западного Региона" (С.-Петербург, 2002 г.).

Основные выводы и результаты работы:

1. Как показал проведенный в работе анализ современных средств построения измерительного канала, их развитие идет по пути создания программируемых аналого-цифровых микросхем и широкого применения интегральных АЕАЦП.

2. В результате анализа цифровых фильтров сделан вывод о том, что в составе измерительных АЕАЦП в основном применяются двухступенчатые цифровые фильтры, построенные на основе Sinc-фильтров третьего, четвертого порядков и Cos-фильтры, обеспечивающие подавление сетевых помех.

3. В результате развития метода цифровой фильтрации в АЕАЦП, основанном на одновременном подавлении периодических помех с двумя некратными частотами, были улучшены такие важные свойства АЕАЦП, как быстродействие и подавление погрешности квантования.

4. В работе предложен метод масштабирования импульсной характеристики Sinc-фильтра порядка L в составе АЕ преобразователя с целью обеспечения возможности одновременного выполнения быстрых измерений ограниченной разрядности и получения высокоточных измеренных значений сигналов низкой частоты.

5. Полученные в работе общие формулы для расчета параметров масштабирующих фильтров позволяют эффективно реализовывать их на практике с применением современных микропроцессорных средств и серийно выпускаемых измерительных АЕАЦП.

6. С помощью разработанных в работе программных средств имитационного моделирования АЕАЦП проведен сравнительный анализ качества аналого-цифрового преобразования на базе АЕ модуляции с применением существующих и новых методов цифровой фильтрации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе проведено исследование и совершенствование цифровых фильтров в составе современных измерительных АЕАЦП для повышения точности аналого-цифрового преобразования в измерительном канале путем уменьшения динамической погрешности и эффективного подавления внешних помех.

1. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990.

2. James С. Candy A, Use of Double Integration in Sigma Delta Modulation.//IEEE Transaction on Communications, vol.33, No.3, March 1985, pp.249-258.

3. Баранов Л.А. Квантование по уровню и временная дискретизация в цифровых системах управления. М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.:

5. Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985.

6. R. Schreier, An Empirical Study of High-Order Single-Bit Delta-Sigma Modulators. //IEEE Transaction on Circuits and Systems-II,vol.40,No.8,August 1993, P.461-466.

7. AD7730. Bridge Transducer ADC. Data Sheet, Analog Devices, 1998.

8. Мулявка Я. Схемы на операционных усилителях с переключаемымиконденсаторами: Пер. с польск. М.: Мир, 1992.

9. Dave Van Ess. Understanding Switched Capacitor Analog Blocks. Application Note 2041, Cypress MicroSystems, Inc, 2002.

10. C. Augdopler, R. Lerch, R. Exsler. Online Level Detection of Fluid-Filled, Closed Metallic Containers in Bottling Plants.//Proceedings of Sensor 97, Nuernberg, 1997, Vol. 1, Wunstorf.

11. W. Ghanem, R. Schnupp, H. Ryssel. Presence Monitoring Using Thermopile-Arrays.//Proceedings of Sensor 97, Nuernberg, 1999, Vol. 1, Wunstorf.

12. Hartmut Paschen. Smart Sensors as Producers in Control Systems.//Proceedings of Sensor 97, Nuernberg, 1999, Vol. 1, Wunstorf.

13. Tadashi Katoh, Kyosuke Yasuda, Toshio Watanabe, and Hiroki Kuwano.//Sensor Network System for Agneous-Environment Monitoring, Proceedings of Sensor 97, Nuernberg, 1997, Vol.4, S. 77-82, Wunstorf.

14. Flaschke Thomas, Depbel Faouzi, Traenkler Hans-RoIf.//Determination of the Soil Water Content by Impedance Measurements", Proceedings of Sensor 99, Nuernberg, 1999, Vol.1, S. 237-242, Wunstorf.

15. K. Schilling, H. Roth.Remote Sensor Data Acquisition Via Internet.//Proceedings of Sensor 99, Nuernberg, 1999, Vol.1, S. 469-471, Wunstorf.

16. Mixed Signal Processing Design Seminar, Section 6, Sigma-Delta ADCs and DACs, Analog Devices, Inc., 1991.

17. Гутников В.С.Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.

18. AT90S4433 8-Bit AVR Microcontroller. Data Sheet, ATMEL, Corp., 1999.

19. Candy J.C., Temes G.C. Oversampling Delta-Sigma Data Converters, Eds. New York:IEEE Press, 1991.

20. Крокет Ф. MFC. Мастерская разработчика / Пер. с англ. М.: Издательский отдел "Русская редакция" ТОО "Channel Trading Ltd.". - 1998.

21. АТ24С64 2-Wire Serial EEPROM Data Sheet, ATMEL, 1998.

22. MAX5722 12-Bit Voltage-Output DAC with Serial Interface Data Sheet, MAXIM Integrated Products, 2001.

23. DS1232 MicroMonitor Chip Data Sheet, Dallas Semiconductor, 1999.

24. AD7707. 3-Channel 16-Bit Sigma-Delta ADC .Data Sheet, Analog Devices, 2000.

25. AD1555/AD1556. 24-Bit Sigma-Delta ADC with Low-Noise PGA. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2000.

26. AD1870. Single-Supply 16-Bit Sigma-Delta Stereo ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2001.

27. AD 1871. Stereo Audio, 24-Bit, Multi-bit Sigma-Delta ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2000.

28. AD1877. Single-Supply, 16-Bit Sigma-Delta Stereo ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2000.

29. AD7701. LC2MOS 16-Bit A/D Converter. Data Sheet, Analog Devices, 1996.

30. AD7703. LC2MOS 20-Bit A/D Converter. Data Sheet, Analog Devices, 1996.

31. AD7705/AD7706. 2-/3-Channel 16-Bit Sigma-Delta ADCs. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 1998.

32. AD7707. 3-Channel 16-Bit Sigma-Delta ADC.Data Sheet, Analog Devices, 2000.

33. AD7708/AD7718. 8-/10-Channel, Low Voltage, Low Power, Sigma-Delta ADCs. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2001.

34. AD7709. 16-Bit Sigma-Delta ADC with Switchable Current Sources. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2001.

35. AD7710. Signal Conditioning ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 1999.

36. AD7711. LC2MOS Signal Conditioning ADC with RTD Excitation Currents. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 1998.

37. AD7711A. LC2MOS Signal Conditioning ADC with RTD Current Source. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 1998.

38. AD7712. LC2MOS Signal Conditioning ADC. Data Sheet, Analog Devices, 1998.

39. AD7713. LC2MOS Loop-Powered Signal Conditioning ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 1995.

40. AD7714. Signal Conditioning ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 1998.

41. AD7715. 16-Bit Sigma-Delta ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2000.

42. AD7716. LC2MOS 22-Bit Data Acquisition System, Analog Devices, 1995.

43. AD7719. Low Voltage, Low Power, Factory-Calibrated 16-/24-Bit Dual Sigma-Delta ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2001.

44. AD7720. CMOS Sigma-Delta Modulator. Data Sheet, Analog Devices, 1997.

45. AD7721. CMOS 16-Bit Sigma-Delta ADC. Data Sheet, Analog Devices, 1997.

46. AD7722. CMOS 16-Bit Sigma-Delta ADC. Data Sheet, Analog Devices, 1996.

47. AD7723. CMOS 16-Bit Sigma-Delta ADC. Data Sheet, Analog Devices, 1998.

48. AD7724. Dual CMOS Sigma-Delta Modulators. Data Sheet, Analog Devices, 2000.

49. AD7731. Low Noise, High Throughput 24-Bit Sigma-Delta ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 1997.

50. AD7740. Low Power, Synchronous Voltage-to-Frequency Converter. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2001.

51. AD7782. Read Only, Pin Configured 24-Bit Sigma-Delta ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2001.

52. AD7783. Read Only, Pin Configured 24-Bit Sigma-Delta ADC. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2001.

53. AD9260. High-Speed Oversampling CMOS ADC with 16-Bit Resolution. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2000.

54. ADuC816. MicroConverter, Dual-Channel 16-Bit ADCs with Embedded Flash MCU. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2001.

55. ADuC824. MicroConverter, Dual-Channel 16-/24-Bit ADCs with Embedded FLASH MCU. Data Sheet, Analog Devices, Inc., 2001.

56. John Wynne. Circuit Suggestions using Features and Functionality of New Sigma-Delta ADCs, Application Notes AN-577, Analog Devices, Inc., October, 2001.

57. LTC1966. Precision Micropower, Delta-Sigma RMS-to-DC Converter. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2001.

58. LTC2400. 24-Bit uPower No Latency Delta-Sigma ADC. Data Sheet, Linear Technology Corp., 1998.

59. LTC2401 /LTC2402. l-/2-Channel 24-Bit uPower No Latency Delta-Sigma ADCs in MSOP-IO. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2000.

60. LTC2404/LTC2408. 4-/8-Channel 24-Bit uPower No Latency Delta-Sigma ADC. Data Sheet, Linear Technology Corp., 1999.

61. LTC2410. 24-Bit No Latency Delta-Sigma ADC with Differential Input and Differential Reference. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2000.

62. LTC2411/LTC2411-1.24-Bit No Latency Delta-Sigma ADC with Differential Input and Reference in MSOP. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2000.

63. LTC2412. 2-Channel Differential Input 24-Bit No Latency Delta-Sigma ADC. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2002.

64. LTC2413. 24-Bit No Latency Delta-Sigma ADC, with Simultaneous S0Hz/60Hz Rejection. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2000.

65. LTC2414/LTC2418. 8-/16-Channel 24-Bit No Latency Delta-Sigma ADCs. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2002.

66. LTC2415. 24-Bit No Latency Delta-Sigma ADC with Differential Input and Differential Reference. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2001.

67. LTC2420. 20-Bit uPower No Latency Delta-Sigma ADC. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2000.

68. LTC2424/LTC2428. 4-/8-Channel 20-Bit uPower No Latency Delta-Sigma ADCs. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2000.

69. LTC2430/LTC2431. 20-Bit No Latency Delta-Sigma ADC swith Differential Input and Reference. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2002.

70. LTC2440. 24-Bit High Speed Differential Delta-Sigma ADC with Selectable Speed/Resolution. Data Sheet, Linear Technology Corp., 2002.

71. Kevin R. Hoskins, Derek V. Redmayne. A Collection of Differential to Single-Ended Signal Conditioning Circuits for Use with the LTC2400, a 24-Bit No Latency Delta-Sigma ADC in an SO-8. Application Note 78, Linear Technology Corp., 1999.

72. Michael K. Mayes. How to Use the World's Smallest 24-Bit No Latency Delta-Sigma ADC to its Fullest Potential. Application Note 80, Linear Technology, 1999.

73. Michael K. Mayes. 1- and 2-Channel No Latency Delta-Sigma, 24-Bit ADCs Easily Digitize a Variety of Sensors, Part 1. Design Note 236, Linear Technology, 2000.

74. Michael K. Mayes. 1- and 2-Channel No Latency Delta-Sigma,, 24-Bit ADCs Easily Digitize a Variety of Sensors, Part 2. Design Note 237, Linear Technology, 2000.

75. Michael K. Mayes, Derek Redmayne. 1- and 2-Channel, No Latency Delta-Sigma, 24-Bit ADCs Easily Digitize a Variety of Sensors. Linear Technology Magazine, vol.10, num.1, February, 2000, pp. 1,3,4.

76. Michael K. Mayes. No Latency Delta-Sigma ADC Techniques for Optimized Performance. Linear Technology Magazine, vol.11, no.2, May, 2001, pp.10-14.

77. Michael К. Mayes. An 8-Channel, High-Accuracy, No Latency Delta-Sigma 24-Bit ADC.//Linear Technology Magazine, vol.9 num.3 September, 1999, pp.21-23.

78. Michael K. Mayes. A New, Fully Differential No Latency Delta-Sigma ADC Family.//Linear Technology Magazine, vol.10 num.4 November, 2000, pp.25

79. Michael K. Mayes. World's Smallest 24-Bit ADC Packs High Accuracy.//Linear Technology Magazine, vol.8 num.4 November, 1998, pp. 1,3,4,36.

80. MAX 110/MAX111. 2-Channel +/-14 Bit Serial ADC, Maxim, 1998.

81. MAX1400/MAX1401 /МАХ 1402/MAX1403.18-Bit,Low-Power, Multichannel, Oversampling (Sigma-Delta) ADC, Maxim Integrated Products, 1999.

82. TC3400/TC3401/TC3405. Low Power, 16-Bit Sigma-Delta A/D Converter. Microchip Technology Inc., 2002.

83. TC3402. Low Power, Quad Input, 16-Bit Sigma-Delta A/D Converter. Microchip Technology Inc., 2002.

84. TC3403/TC3404. Low Power, Quad Input, 16-Bit Sigma-Delta A/D Converter with a Power Fault Monitor and Microprocessor Reset Circuit. Microchip, 2002.

85. ADS 1100. Self-Calibrating 16-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2002.

86. ADS1110. 16-Bit A/D Converter with Onboard Reference. Texas Instruments, 2003.

87. ADS 1201. High Dynamic Range Delta-Sigma Modulator. Texas Instruments, 2000.

88. ADS 1202. Motor Control Current Shunt Delta-Sigma Modulator. Texas Instruments, Inc., 2002.

89. ADS1210, ADS 1211. 24-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2000.

90. ADS 1212. 22-Bit Analog-to-Digital Converter. Texas Instruments, Inc., 2001.

91. ADS 1216. 8-Channel, 24-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2001.

92. ADS 1217. 8-Channel, 24-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2002.

93. ADS1218. 8-Channel, 24-Bit Analog-to-Digital Converter with FLASH Memory. Texas Instruments, Inc., 2001.

94. ADS 1240, ADS 1241. 24-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2001.

95. ADS 1242, ADS1243. 24-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2001.

96. ADS 1244. Low-Power, 24-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2002.

97. ADS1250. 20-Bit Data Acquisition System A/D Converter.Texas Instruments, 2000.

98. ADS1251. Low-Power, 24-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2001.

99. ADS1252. 24-Bit Analog-to-Digital Converter. Texas Instruments, Inc., 2001.

100. ADS1253. Low-Power, 24-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2001.

101. ADS1254. Low-Power, 24-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2001.

102. ADS 1605. 16-Bit 5MSPS A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2003.

103. DDC112. Dual Current Input 20-Bit A/D Converter. Texas Instruments, Inc., 2002.

104. XE88LC05. Data Acquisition Ultra Low-Power Microcontroller. Data Sheet, Xemics SA, 2003.

105. XX-XE88LC01/03/05. Ultra low-power mixed-signal microcontroller. Data Book, Xemics SA, 2000.

106. Walt Kester, James Bryant, Joe Buxton. ADCs for signal conditioning, Seminar 8, Analog Devices, Inc., 1993.

107. CY8C25xxx/26xxx family of Programmable System-on-Chip microcontrollers. Data Sheet, Cypress MicroSystems, Inc, 2003.

108. Fundamentals of Sampled Data System. Application Note 282, Analog Devices, Inc., 1990.

109. Scott Wayne. Getting the Most from High Resolution D/A Converters. Application Note 313, Analog Devices, Inc., 1983.

110. William T. Colleran. A 10-bit, 100 MS/s A/D Converter sing Folding, Interpolation, and Analog Encoding./ZFinal report. Integrated Circuits & Systems Laboratory Electrical Engineering Department University of California Los Angeles, December, 1993.

111. David A. Sobel. A 25 Ms/s Nyquist-Rate Sigma-Delta Modulator for a Wideband CDMA Receiver.//Research Project. University of California at Berkeley, 2000.

112. Hassan Aboushady. Design for Reuse of Current-Mode Continuous-Time Sigma-Delta Analog-to-Digital Converters.//Ph.D. Thesis of the University of Paris VI, 2002.

113. Kelvin Boo-Huat Khoo. Programmable, High-Dynamic Range Sigma-Delta A/D Converters for Multistandard, Fully-Integrated RF Receivers.//Ph.D. Thesis of the University of California at Berkeley, 1998.

114. AM400. Sensor Transmitter 1С. Data Sheet, Analog Microelectronics, 2000.

115. AM401. Voltage Transmitter 1С. Data Sheet, Analog Microelectronics, 1999.

116. AN10DS40. Development System for AN10E40 FPAA Firmware Version 1.3. Development System Manual, Anadigm, Inc., 2001.

117. AN10E40. Field Programmable Analog Array. Development System Manual, Anadigm, Inc., 2001.

118. Jackson Szczyrbak, Dr. Ernest D.D.Schmidt. LVDT Signal Conditioning Techniques.//Schaevitz Products & Sensors Lucas Control Systems, 1997.

119. Jacques Robert, Philippe Deval. A Second-Order High-Resolution Incremental A/D Converter with Offset and Charge Injection Compensation.//IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.23, no.3, 1988, P.736-741.

120. Kirk C.-H.Chao, Shujaat Nadeem, Wai L.Lee, Charles G.Sodini. A Higher Order Topology for Interpolative Modulators for Oversampling A/D Converters.//IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol.37, no.3, March 1990.

121. David B.Ribner. A Comparison of Modulator Networks for High-Order Oversampled Sigma-Delta Analog-to-Digital Converters.//IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol.38, no.2, February 1991.

122. Каулио B.B., К вопросу о защищенных микроконтроллерах. Микропроцессорные средства измерений.//Сборник трудов СПбГТУ, 2001, С.17-25.

123. Каулио В.В. Разработка микропроцессорной системы управления дистиллятором.//Тезизы докладов, СПбГТУ, 2001, С.41-45.

124. Каулио В.В. Анализ цифровых фильтров в составе дельта-сигма аналого-цифровых преобразователей .//Микропроцессорные средства измерений: Сборник трудов. Выпуск 3, СПб.: Изд-во "Нестор", 2003, С. 45-52.

125. Каулио В.В. Анализ двухступенчатых фильтров в составе дельта-сигма аналого-цифровых преобразователей.//Микропроцессорные средства измерений: Сборник трудов. Выпуск 3, СПб.: Изд-во "Нестор", 2003, С. 53-64.

126. Каулио В.В. Построение дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя на программируемых аналого-цифровых интегральных схемах.//Микропро-цессорные средства измерений: Сборник трудов. Выпуск 3, СПб.: Изд-во "Нестор", 2003, С. 65-73.

127. V. Kaulio, V.Gutnikov. The Small Soft- and Hardware System of the Measuring Data Acquisition and Processing Using the Microsoft Excel//SENSOR Proceedings, Nuernberg, 2001, Vol.2, P. 583-584, AMA Service GmbH, Wunstorf / Germany.

128. Каулио В.В. Мини-система для измерений угла поворота и силы.//Датчики и системы: Сборник докладов международной конференции. Том 2. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002, с. 179-183.

129. Каулио В.В. Универсальная система для измерения напряжения на базе масштабирующего дельта-сигма АЦП.//Политехнический симпозиум "Молодые ученые промышленности Северо-Западного региона": Тезисы докладов. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002, с A3.