ПАРАЛЕЛЬНИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ З КОРИГУВАННЯМ ЧАСОВОЇ НЕВИЗНАЧЕНОСТІ ВИХІДНОГО СИГНАЛУ
PARALLEL ANALOG-DIGITAL CONVERTER WITH CORRECTION OF THE TIME UNCERTAINTY OF THE OUTPUT SIGNAL
Сторінки: 46-52. Номер: №4, 2023 (323) 
Автори:
БОРТНИК ГЕННАДІЙ
Вінницький національний технічний університет
https://orcid.org/0000-0001-7083-2775
e-mail: bgen88@gmail.com
БОРТНИК СЕРГІЙ
Вінницький національний технічний університет
https://orcid.org/0000-0002-4290-1750
e-mail: sbortnyk@gmail.com
КИРИЛЮК СЕРГІЙ
Вінницький національний технічний університет
e-mail: kso1996.08@gmail.com
BORTNYK GENNADIY, BORTNYK SERHII, KYRYLYUK SERHII
Vinnytsia National Technical University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-323-4-46-52
Анотація мовою оригіналу
У роботі запропоновано метод розширення динамічного діапазону паралельних аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) на базі коригування часової невизначеності вихідного сигналу. Наведена структура паралельного пристрою аналого-цифрового перетворення з багатофазовою дискретизацією, що базується на паралельному нарощуванні декількох каналів АЦП. Доведено, що часова невизначеність вихідного сигналу АЦП проявляється у вигляді періодично повторюваних складових широкосмугового шуму у спектрі цифрового сигналу АЦП. При цьому здійснюється компенсація похибки часової нестабільності у цифровій формі з використанням розкладання у ряд Тейлора.
Аналіз ефективності запропонованого методу підтвердив, що завдяки розробленому методу вдається розширити динамічний діапазон 16-розрядного швидкодійного АЦП на 25 дБ у смузі високих частот.
Ключові слова: аналого-цифрові перетворювачі, часова невизначеність, багатофазова дискретизація, динамічний діапазон
Розширена анотація англійською мовою
The paper proposes a method of expanding the dynamic range of parallel analog-to-digital converters (ADCs) on the basis of adjusting the time uncertainty of the output signal. It was established that the discretization of the input signal in real ADCs of the parallel type is accompanied by a deviation of the actual moments of formation of the signal readings from their nominal position on the time axis. As a result, the phenomenon of temporal uncertainty of the output signal of the parallel ADC occurs. This leads to the appearance of parasitic frequency components in the frequency spectrum of the output signal of the converter, which narrow the dynamic range of the ADC.
The adjustment process consists of two stages: assessment and compensation. At the first stage, the value of time uncertainty is estimated. Finding the error due to time uncertainty is carried out for the input test signal of the ADC with the minimum spectrum width. Time instability error compensation is performed digitally using Taylor series expansion. It was established that with the increase in the number of members of the Taylor series, which take part in the formation of the output signal of the ADC, the accuracy of the adjustment increases, but at the same time, the hardware implementation is complicated and the speed of the ADC adjustment tools deteriorates. To overcome this contradiction, the ADC output signal is formed based on the first three members of the Taylor series. The structure of a parallel analog-to-digital conversion device with multiphase sampling based on the parallel build-up of several ADC channels is presented. The analog-to-digital conversion device operates in two modes. The calibration stage is performed in a conventionally real time scale. In the operating mode, a real analog signal is applied to the input bus of the ADC. The corrected output signal of the ADC is fed to the output bus of the device. Analysis of the effectiveness of the proposed method confirmed that thanks to the developed method, it is possible to expand the dynamic range of a 16-bit high-speed ADC by 25 dB in the high frequency band.
Keywords: analog-to-digital converters, temporal uncertainty, multiphase sampling, dynamic range.
