Введение к работе
).;;;
Актуальность работы. Создание нового класса цифровых ге-евизионных приемников пятого поколвния требует разработки ыстр'одейсгвующих интегральных аналого-цифровых преобразова-влэй (АЦП), обеспечивающих достаточную точность преобразовав ия видео-сигналов цветного изображения. Как правило, для реобразования сигналов в полосе до 7-8 МГц применяют так на-ываемые ^{Ush.ADC (параллельные АЦП со стробированием "на егу"). Однако, существующие быстродействующие параллельные нгегральные АЦП имеют ряд недостатков, связанных, во-первых, резким увеличением числа элементов: компараторов, триггеров-ащелок при увеличении числа разрядов АЦП, что приводит к уве-:иченшо размеров и рассеиваемой на кристалле мощности. С уважением размера кристалла увеличиваются пути распространения іигналов и их неиденгичности, вследствие чего увеличиваются іпертурное время и апертурная неопределенность АЦП. Во-вторых, ) параллельных АЦП при изменении входного сигнала каждый ком-іаратор и триггер-защелка изменяют свое состояние только один >аз во всем динамическом диапазоне, следовательно, они исполь-іуются неэффективно. В-третьих, обеспечение малой дифференци-шьной и интегральной нелинейностей характеристики преобразо-зания (ХП) требует высокой точности изготовления элементов іЦП, таких, как дифференциальных каскадов компараторов, рези-іторов делителя опорных напряжений, и уменьшение влияния входных токов компараторов на значения опорных напряжений. Кроме того, АЦП состоит из аналоговой и цифровой частей, поэтому вровень помех и наводок, возникающих в цифровой части, может эущесгвенно повлиять на работу аналоговой части АЦП. Поэтому, їєм меньше количество цифровых схем и линий связи между аналоговой и цифровой частями, тем можно обеспечить лучшее COOT-ленив сигнал/шум по выходу АЦП.
Следует также отметить высокую стоимость параллельных ЩП, обусловленную малым процентом выхода годных кристаллов и требованием высококвалифицированной доводки схем и сложностью метрологического обеспечения их динамических параметров.
Указанные недоогатки параллельных АЦП тормозят их применение в цифровых їеледазншшх приёмниках. Преодоление этих не -достатков стало возможным при использовании в схемотехнике па -раллельных АЦП гак называемого метода свертки, который основан на предварительной амплитудной свертке входного сигнала АЦП с помощью специальных устройств амплитудной свертки (УАС) или овёрточных'усилителей (СУ).
Однако в зарубежной литературе имеются только рекламные сведения о таких АЦП и отсутствуют рекомендации по разработке -элементов, выбору режимов, обеспечению заданных параметров, отсутствуют схемотехнические решения основных узлов и практически полностью отсутствуют сведения о метрологическом обеспечении такого класса АЦП. В плане развития телевизионной техники на 13 пятилетку предприятию НПО "Вента" и ЕГУ имени В.И.Ленина поручено разработать класс АЦП, обеспечивающий преобразование телевизионных сигналов с полосою до 8 МГц, а также разработать методы и аппаратуру для их метрологического обеспечения. Отмеченное выше показало, что тема исследования диссертационной работы является в настоящее время актуальной.
Цель работы состоит в разработке структуры и схемотехнических решений для создания нового класса быстродействующих интегральных маломощных видео-АЦП со свёрткой входного сигнала для применения в цифровых телевизионных приёмниках, а также в разработке метрологического обеспечения для контроля их динамических характеристик.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:
-
Выбор структуры АЦП АС для обеспечения достаточной точности преобразования видео-сигналов цветного изображения (с полосой до 8 МГц) с учётом критерия качества, направленного на уменьшение материальных затрат, потребляемой мощности и улучшения динамических характеристик АЦП.
-
Разработка схемотехники АЦП АС видео-сигналов применн-телічо к серийному выпуску интегральных схем.
-
Разработка алгоритма, создание аппаратуры и програмшоп обеспечения по оценке основных динамических характеристик АЦП.
Основные результаты работы получены в Бслгосуниверситете имени В.ИЛенина в ходе выполнения НИР "Разработка схемотехни-
эских решений для маломощных быстродействующих видео-АЦП и змериталя их динамических характеристик" (тема 255).
Методика посладодання. Научные результаты, содержащиеся диссертации, получены путем аналитических преобразований с рименеиием чаотных эквивалентах моделей и на моделировании лектроииых схем о использованием ЭВМ ЕС-І032 и программы Ш5 SISA.DI , продоставдешюй ЕГУ НПО "Вента", а также утём использования сгохастичаоких методов при оценке дина-ических характеристик АЦП.
Научная новизна,.
-предложен алгоритм вычисления корректирующих потенциалов место их приложения, введённых в делитель опорных напрявд -пй, выполненный в виде металлической шшы, о целью угленьше -ия дифференциальной и интегральной нелинейностей}
предложена схема синхронизации старіша и младших раз-ядов, в которой используются специальные отводы со свёрточно-о усилителя для получения сигналов старших и младших разря -,ов, что обеспечило малую апертурную неопределённость;
обоснованы параметры стробоскопического метода оценки инашческих характеристик АЦП для измерения интегральной не-инейности и дифференциальной фазы с применением входного си-усоидального сигнала путём сравнения выходных кодов АЦП с порвдм синусоидальным сигналом, создаваемым в ЭВМ,
Практическая ценность работы:
применение разработанных схемотехнических решений поз-юлило НПО "Вента" разработать соответствующую технологию и спустить интегральный АЦП АС;
на НПО "Вента" внедрены установка по оценке динамичес-;их характеристик АЦП, алгоритмы и программное обеспечение, азрабоганные в диссертации. ' ~
Основные положения, выносимые на защиту;
Г. Совокупность аналитических выражений по оценке пара-гетров элементов АЦП АС, предназначенных для цифровых телеви-1И0ННЫХ приёмников пятого поколения, в зависимости от требу -мых динамических погрешностей, а также результаты моделиро -іания на ЭВМ различных структур АЦП АС, позволившие выбрать структуру и режимы работы основных элементов АЦП АС: свёрточ-[ого усилителя, триггеров-защёлок, шифратора и резисгивной
матрицы опорных напряжений, и обеспечившие достижение 8 МГц полосы преобразования входных сигналов при 7,5-7,7 эффективных битах 8-разрядного АЦП АС.
2. Для обеспечения апертурной погрешности, требуемой
для преобразования видео-сигналов предложено синхронизирован
старшие и младшие разряды АЦП АС путем использования специ
альных отводов со сверточного усилителя для получения старіша
.и младшие разрядов выходных кодов АЦП АС.
-
Для оценки динамических характеристик АЦП рекомендуется применять стробоскопический метод, обоснованный необходимостью проверять все уровни квантования АЦП, при этом измерения интегральной нелинейности и дифференциальной фазы осуг-щесгвлять с применением тестового синусоидального сигнала по методу сравнения выходных кодов АЦП с опорным сигналом, создаваемым в ЭВМ.
-
Совокупность алгоритмов оценки динамических характеристик АЦП, аппаратуры и программного обеспечения, позволившие производить оценку дифференциальной и интегральной нели-нейностей, дифференциальной фазы и дифференциального усиления для 8-10-разрядных АЦП.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научном семинаре кафедры ядерной физики и электроники Белгосуниверситета им. В.И. Ленина и на семинарах НЛО "Вента".
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения и постановки задачи, трех глав, заключения, литературы, 2 приложений и содержит 133 машинописных страниц основного текста, 4 таблицы, 88 рисунков. Общий объем 198 страниц.