Високопродуктивні АЦП комбінованого врівноваження

ВИСОКОПРОДУКТИВНІ АЦП КОМБІНОВАНОГО ВРІВНОВАЖЕННЯ

HIGHLY-PRODUCTIVE ADC WITH COMBINED BALANCING

Сторінки: 132-137. Номер: №6.т.2, 2022 (315)  
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6(2)-132-137
Автори:

Валентин БАГАЦЬКИЙ
Інститут кібернетики ім. В. М. Глушкова НАНУ України
Bagatskiy@nas.gov.ua
Максим ОБЕРТЮХ
Вінницький національний технічний університет
Сергій ЗАХАРЧЕНКО
Вінницький національний технічний університет
https://orcid.org/0000-0003-3977-2908

Valentine BAHATSKYI
V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of the National Academy of Sciences of Ukraine
Maxim OBERTYUKH
Vinnytsia National Technical University
Serhii ZAKHARCHENKO
Vinnytsia National Technical University

 Анотація мовою оригіналу

    У теперішній час аналого-цифрові перетворювачі використовуються в обчислювальних і керуючих системах, що значно поширилися в епоху цифрової революції. Підвищення точності, швидкодії, енергоефективності, надійності аналого-цифрових перетворювачів є надзвичайно важливим. Одними з найбільш класичних типів аналого-цифрових перетворювачів є АЦП послідовного наближення та слідкувального типу. Час перетворення АЦП слідкувального типу є змінним і визначається різницею між двома відліками вхідної напруги. Тому комбінування слідкувального підходу та методу послідовного наближення в разі різких стрибків вхідного сигналу дозволяє значно покращити характеристику перетворення. Також значні переваги має використання надлишкових систем числення для ваг розрядів АЦП, що дозволяє значно підвищити лінійність характеристики перетворення. Розглянуто методи побудови АЦП, працюючих за принципом послідовного наближення та аналого-цифрових перетворювачів, алгоритм роботи яких є слідкувальним. Запропоновано метод побудови АЦП комбінованого типу, який поєднує слідкуючий алгоритм перетворення та алгоритм послідовного наближення, що дозволяє покращити характеристику перетворення АЦП. Доведено доцільність використання в АЦП комбінованого типу надлишкових позиційних систем числення. Проаналізовано властивість надлишкових позиційних систем числення (НПСЧ), що притаманна їм за умови відхилення реальних ваг розрядів від їхніх теоретичних значень, – забезпечувати відсутність “розривів” у перетворювальній характеристиці, а також здатність виконувати процедуру самокалібрування ваг розрядів АЦП, тим самим значно покращуючи лінійність перетворювальної характеристики. Вказано, що навіть за подовження розрядної сітки для АЦП, побудованих на базі надлишкових позиційних систем числення, не відбувається зменшення їх швидкодії.

Ключові слова: комбіноване врівноваження, вагова надлишковість, АЦП.

Розширена анотація англійською  мовою

    Today analog-to-digital converters are used in computing and control systems which have greatly expanded in the era of the digital revolution. Increasing the accuracy, speed, energy efficiency, and reliability of analog-to-digital converters is extremely important. One of the most classic types of analog-to-digital converters is the sequential approximation and tracking type ADCs. The conversion time of the tracking type ADC is variable and is determined by the difference between the two readings of the input voltage. Therefore, combining the tracking approach and the method of successive approximation in the case of sharp jumps in the input signal allows you to significantly improve the conversion characteristic. Also the use of redundant counting systems for the weights of the ADC digits has significant advantages, which makes it possible to significantly increase the linearity of the conversion characteristic. The methods of construction of ADCs working on the principle of successive approximation and analog-digital converters whose operation algorithm is tracking are considered. A method of constructing a combined type ADC is proposed, which combines a follow-up conversion algorithm and a sequential approximation algorithm, which allows to improve the characteristics of ADC conversion. The expediency of using a combined type of redundant positional counting systems in ADCs has been proven. The analyzed property of redundant positional counting systems, which is inherent in them when the real weights of the digits deviate from their theoretical values, ensures the absence of “gaps” in the conversion characteristic, as well as the ability to perform the procedure of self-calibration of the weights of the ADC digits, thereby significantly improving the linearity of the conversion characteristic. It is indicated that even with the lengthening of the bit grid for ADCs built on the basis of redundant positional counting systems, their performance does not decrease.

Key words: combined balancing, weight redundancy, ADC.

Література

1. Alan B. Grebene, Bipolar and MOS analog integrated circuit design – Wiley-Interscience, – 894 p.
2. Kester, Data Conversion Handbook. – USA: Newnes, 2005. – 953 p.
3. Eugene R. Hnatek, A User’s Handbook of Digital to Analogue and Analogue to Digital Converters Hardcover. – John Wiley & Sons Inc, – 488 p.
4. Stakhov AP. Algorithmic Measurement Theory: a General Approach to Number Systems and Computer Arithmetic // The International journal “Control Systems and Computers”. – № 4– – 1994. – Pp. 10 – 31.
5. Азаров О. Д. Аналого-цифрове порозрядне перетворення на основі надлишкових систем числення з ваговою надлишковістю : монографія. – УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2010. – 232 с.
6. Азаров О. Д. Аналого-цифрові пристрої систем, що самокоригуються, для вимірювань і обробляння низькочастотних сигналів : монографія / О.Д. Азаров, Л.В. Крупельницький. – УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2005. – 167 с.
7. D. Azarov, Selection of the calculus system base for ADC and DAC with weight redundancy / A. D. Azarov, S. A. Kyrylashchyk, S. V. Bogomolov, O. Y. Stakhov, A. Kotyra, and O. Mamyrbaev // Proceedings of SPIE 0277-786X. Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry and High-Energy Physics Experiments, − 2019. − vol. 11176, Nov., pp. 1809 – 1815, doi:10.1117/12.2537197.
8. АзаровО. Д., АЦП порозряднослідкувального врівноваження з ваговою надлишковістю / О. Д. Азаров, О. І. Черняк, та О. Я. Стахов // Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія. − В. ВНТУ, 2020. − № 3(49). − С.37-44. − DOI:10.31649/1999-9941-2020-49-3-37-44.

 References

1. Alan B. Grebene Bipolar and MOS analog integrated circuit design – Wiley-Interscience 2002. – 894 p.
2. Kester, Data Conversion Handbook. –USA:, Newnes, – 2005. – 953 p.
3. Gnatek Yu.R. Spravochnik po cifroanalogovym i analogocifrovym preobrazovatelyam: Per. s angl./ Pod red. Yu.A. Ryuzhina. – M.: Radio i svyaz, 1982. – 552 s., il.
4. Stahov A.P. Vvedenie v algoritmicheskuyu teoriyu izmereniya. –M., “Sov. Radio”, 1977, – 288 s.
5. Azarov O. D. Analoho-tsyfrove porozriadne peretvorennia na osnovi nadlyshkovykh system chyslennia z vahovoiu nadlyshkovistiu : monohrafiia. – UNIVERSUM-Vinnytsia, 2010. – 232 s.
6. Azarov O. D. Analoho-tsyfrovi prystroi system, shcho samokoryhuiutsia, dlia vymiriuvan i obrobliannia nyzkochastotnykh syhnaliv : monohrafiia / O.D. Azarov, L.V. Krupelnytskyi. – UNIVERSUM-Vinnytsia, 2005. – 167 s.
7. D. Azarov, Selection of the calculus system base for ADC and DAC with weight redundancy / A. D. Azarov, S.A.Kyrylashchyk, S. V. Bogomolov, O. Y. Stakhov, A. Kotyra, and O. Mamyrbaev // Proceedings of SPIE 0277-786X. Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry and High-Energy Physics Experiments, − 2019. − vol. 11176, Nov., pp. 1809 – 1815, doi:10.1117/12.2537197.

Azarov O. D., ATsP porozriadnoslidkuvalnoho vrivnovazhennia z vahovoiu nadlyshkovistiu / O. D. Azarov, O. I. Cherniak, ta O. Ya. Stakhov // Informatsiini tekhnolohii ta komp