Введение к работе
Актуальность темы. Значительная часть исследований в области радиотехнических систем специального назначения в стране и за рубежом связана с развитием средств цифровой обработки сигналов. Точность измерений и разрешающая способность радиотехнических систем в значительной степени определяются точностью и быстродействием преобразователей радиотехнических сигналов в цифровые эквиваленты.
Для осуществления преобразования информационного сигнала в цифровой код необходима разработка сложных функционально законченных узлов, таких как устройства выборки-хранения <УВХ), источники опорных напряжений, широкополосные усилители, схемы выделения модуля аналогового сигнала. Совокупность перечисленных устройств, включая аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь, составляет основу блоков дискретизации и квантования (БДК).
Зарубежные фирмы проводят работы по созданию монолитных БДК. В нашей стране создана элементная база БДК. Наибольших успехов в этой области достигли НПО "Фазотрон", "Антей", НПКБ "Алмаз". Однако уровень технологии отечественной полупроводниковой промышленности не позволяет на настоящем этапе создать функционально законченные устройства, необходимые для обработки радиотехнических сигналов. Развитие современных систем радиоэлектронной аппаратуры требует создания преобразователей аналоговых сигналов с числом разрядов 8-12 и частотами дискретизации от 2 до 40 МГц. Особое значение представляет вопрос создания преобразователей, позволяющих с высокой точностью обрабатывать быстро-изменяющиеся аналоговые сигналы.
Особо следует отметить, что требования, предъявляемые к преобразователям по стойкости к воздействию факторов ядерного взрыва, ядерных энергетических установок и космического пространства, достаточно высоки и в настоящее время не могут быть обеспечены только стойкостью элементной базы. Разработка преобразователей с такими параметрами связана с поиском новых алгоритмических, структурных, схемных и технологических решений.
Развитие схемотехники, алгоритмов преобразования одного вида информации в другой является важной научно-технической задачей. Решение указанной задачи имеет важное народнохозяйственное значение при создании и совершенствовании сверхбыстродействующих систем управления средствами защиты кораблей, атомных реакторов, диагностической и испытательной аппаратуры.
Цель работы состоит в разработке и исследовании сверхбыстродействующих БДК, оптимизированных по критериям точности, быстродействия, устойчивости к дестабилизирующим факторам, разработке практических схем, изготавливаемых методами гибридной интегральной технологии.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
-
Провести анализ современного состояния и определить тенденцию развития быстродействующих преобразователей аналоговых сигналов в цифровой код.
-
Разработать новые алгоритмы преобразования аналоговых сигналов, позволяющие повысить разрешающую способность БДК.
-
Провести дальнейшее совершенствование методов проектирования аналогового тракта БДК, обладающего высоким быстродействием и линейностью передаточной характеристики.
-
Решить вопросы компенсации воздействия дестабилизирующих
факторов на тракт аналого-цифрового преобразования.
-
Разработать методику испытаний и практически исследовать влияние радиации на параметры БДК.
-
Разработать функциональные узлы сверхбыстродействующих преобразователей на основе гибридной технологии.
-
Создать ряд устройств аналого-цифрового преобразования с точностью от 8 до 12 разрядов с быстродействием от 2,5 до 40 МГц, пригодных для использования в различных областях науки и техники.
Методы исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использованы:
методы теории и синтеза радиотехнических цепей;
методы вычислительной математики;
экспериментальные исследования БДК.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Предложен новый метод построения аналогового тракта БДК, в котором схема сдвига уровня напряжения введена в цепь отрицательной обратной связи, что позволило значительно улучшить передаточные и частотные характеристики БДК.
-
Проведен анализ источников погрешностей сверхбыстродействующих устройств выборки-хранения. Предложен метод их уменьшения за счет оптоэлектронной развязки цифровых и аналоговых цепей.
-
Разработаны методы повышения разрешающей способности БДК на основе предварительной обработки входного сигнала за счет коммутируемого сдвига напряжения в цепи буферного усилителя БДК.
-
Предложена новая схема выделения модуля сигнала, позволившая в два раза повысить разрешающую способность БДК.
-
Разработаны конструкции сверхбыстродействующих БДК с точностью 8-12 двоичных разрядов. Разработанные БДК выполнены как на основе гибридной технологии, так и с использованием ин-
тегральных схем повышенной степени интеграции.
-
Определены законы формирования передаточной функции БДК при различных динамических характеристиках информационного сигнала БДК и сигналов, наведенных радиационным излучением. Показана целесообразность использования квантования аналогового сигнала по приращениям с целью ослабления влияния радиации на точность БДК.
-
Разработаны методы построения структур БДК, на основе схемы с "моделью", обладащие повышенной устойчивостью к воздействию радиации, что подтверждено практическими испытаниями.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
-результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертации послужили основой для создания ряда сверхбыстродействующих БДК с разрядностью от 8 до 12 разрядов и быстродействием от 2,5 до 40 млн. отсчетов в секунду;
- освоено мелкосерийное производство гибридных интегральных
схем аналоговых трактов сверхбыстродействующих БДК;
Реализация результатов работы. Работа выполнялась в рамках научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ нПризнание-2", "Признание-3","Прибой", "Редут", "Форт", "Шквал", "Темп","Экспресс", "Тропа С", "Пахра", "Квант", "Порт", "Атлас", проведенных в НПО "Альтаир", НИИ "Сапфир", КБ "Аметист", НПО "Исток", НПО "Энергия".
За этот период также осуществлены поставки:
сверхбыстродействующих БДК для системы радиолокационного обзора рельефа земной поверхности в рамках ОКР '"Синтез";
18 образцов БДК для укомплектования системы аварийной защиты стартового стола ракетно- космического комплекса "Энергия".
разработанные на основе предложенных в диссертационной
работе методов проектирования сверхбыстродействующие БДК внедрены на предприятиях страны с суммарным экономическим эффектом 162,5 тыс. рублей (в ценах 1991 года), что подтверждено соответствующим актом внедрения;
- разработка БДК удостоена серебряной медали ВДНХ СССР.
Апробация работы. Основные положения и резуль
таты работы докладывались и обсуждались на:
- XIX научно-технической конференции НПО "Альтаир", г. Москва, 1991 г. (4 доклада);
I научно-технической конференции НПО "Фазотрон", г. Москва, 1989 г. (3 доклада);
республиканской конференции "Вопросы проектирования и практического использования ПФИ в управляющих и вычислительных комплексах", г. Одесса, 1990 г.;
15 межотраслевой научно-технической конференции "Методы и устройства обработки радиолокационной и радиотехнической информации", г. Киев, 1988 г.;
-научно-технической конференции "Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления", г. Суздаль, 1989 г.;
-научно-техническом семинаре "Перспективы развития и схемотехника быстродействующих блоков дискретизации и квантования", ВДНХ СССР, г. Москва, 1989 г. (2 доклада);
научно-технической конференции молодых специалистов МПО "Салют", г. Москва, 1989 г. (2 доклада);
научно-техническом семинаре "Электроизмерительные приборы, планируемые к внедрению в 1988 г.- г. Москва, 1988 г.;
научно-техническом семинаре "Приборы для измерения температуры, измерительные преобразователи" -г. Москва, 1988 г.;
33-36 научно-технических конференциях МИРЭА, г. Москва,
1985-1987 гг.(8 докладов);
- I научно-технической конференции молодых ученых и специалистов НПО "Геофизика" "Разработка и исследование оптических и оптозлі тронных приборов и систем", г. Москва, 1990 г. (4 доклада);
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 нау ные работы, получено 3 авторских свидетельства на изобретения СССР
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 130 наименований . Основной текст содержит 180 страниц, 5 таблиц и иллюстрируется 54 рисунками.
