Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАОТЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИ ОННОЙ РАБОТЫ 9
1.1. Классификация методов и устройстз поверки преобразователей информации. . 9
1.2. Классификация способов коррекции инструментальных погрешностей АЩІ и ЦАП 25
1.3. Коды, применяемые в преобразователях информации... 32
1.4. Анализ способов уменьшения инструментальных погрешностей преобразователей информации на основе избыточных кодов 40
1.5. Постановка задач диссертационной работы 46
2. НЕПРЕРЫВНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ШКАЛЫ НА ОСНОВЕ ИЗБЫ ТОЧНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОДОВ 47
2.1. Условие непрерывности измерительной шкалы 49
2.2. Оптимальные шкалы с О -непрерывностью... 53
2.3. Представление натуральных чисел в О-непрерывных шкалах. 64
2.4. Методика выбора О -непрерывной шкалы 75
2.5. Выводы 79
3. Исследование и разработка самокорректирующихся АЦП и ЦАП на основе непрерывных шкал 82
3.1. Особенности построения ЦАП на основе непрерывных шкал 83
3.2. Калибровка ЦАП 87
3.2.1. Способ определения реальных значений эталонных источников ЦАП 87
3.2.2. Сравнительный анализ способов калибровки 96
3.3. ЦАП с определением реальных значений эталонных источников ЮІ
3.4. Способ коррекции инструментальных погрешностей ЦАП 108
3.5. Самокорректирующийся ЦДЛ 121
3.6. Анализ способа коррекции ДМ 126
3.7. Самокорректирующийся АЦП с выходом в двоичном позиционном коде 134
3.7.1. Способ коррекции АЦП 135
3.7.2. Структура самокорректирующегося АЦП 138
3.7.3. Сравнительная оценка способов коррекции АЦП 145
3.8. Выводы 149
4. ПРОШММНО-КОРРЕКТИРУЕМЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНФОРМА ЦИИ НА ОСНОВЕ НЕПРЕРЫВНЫХ ШКАЛ 152
4.1. Принципы построения программно-корректируемых ЦАП... 152
4.2. Программно-корректируемые ЦАП 157
4.2.1. Первый способ построения программно-корректируемого ЦАП 157
4.2.2. Второй способ построения программно-корректируемого ЦАП 159
4.3. Результирующая погрешность 164
4.3.1. Особенности реализации микроэлектронных ЦАП 164
4.3.2. Основные факторы, влияющие на результирующую погрешность программно-корректируемых ПАЛ 172
4.4. Выводы 180
5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ САМОКОРРЕКТИРУЮЩИХСЯ И ПРОГРАММНО-КОРРЕКТИРУЕМЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИНФОР МАЦИИ НА ОСНОВЕ НЕПРЕРЫВНЫХ ШКАЛ 182
5.1. Самокорректирующийся АЦП на основе непрерывных шкал 182
5.2. Программно-корректируемый универсальный АЦГС-ЦАП на основе непрерывных шкал 197
5.2.1. Структурная схема 198
5.2.2. Измерение реальных значений весов разрядов ЦАП 202
5.3. Сравнительные оценки 208
5.4. Выводы 210
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 212
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ , 215
ПРИЛОЖЕНИЯ 223
Введение к работе
Одной из важнейших проблем в области естественных и технических наук, сформулированных в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на .I98I-I985 -годы и на период до 1990 года", является "развитие приборостроения на основе повышения технического уровня вычислительной техники, приборов и средств автоматизации". Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются неотъемлемой частью цифровых измерительных приборов, систем преобразования и отображения информации, а также важными компонентами различных автоматических систем контроля и управления. Потребность в АЦП и ЦАП стимулирует их разработку и производство с новыми, более совершенными характеристиками, что в свою очередь приводит к возникновению новых областей применения.
В настоящее время применяют три вида технологии производства ЦАП и АЦП: модульную, гибридную и полупроводниковую. При этом доля производства полупроводниковых интегральных схем в общем объеме их выпуска непрерывно растет, однако достаточно высоких параметров по точности и быстродействию удалось достичь только в модульном и гибридном исполнении.
Технологические возможности производства полупроводниковых ИС АЦП и ЦАП в настоящее время лежат в области 10-12 разрядных преобразователей, поэтому более высокие метрологические параметры получают на основе гибридной и модульной технологии при введении избыточности в разрабатываемые преобразователи. Весьма актуальной является задача разработки высокоточных АЦП и ЦАП на 14-16 двоичных разрядов с повышенной стабильностью метрологических параметров. Такие высокоточные преобразователи находят применение в автоматизированных системах контроля параметров при производстве и эксплуатации АЦП и ЦАП меньшей разрядности, в устройствах высо кокачественной цифровой магнитной записи, в системах автоматизации научных экспериментов и других областях науки и техники.
Одним из перспективных направлений при разработке высокоточных АЦП и ЦАП является использование избыточных измерительных кодов (кодов Фибоначчи, "золотой" пропорции и др.) [1,2,3]. В АЦП и ЦДЛ, построенных на основе этих кодов, упрощается процедура поверки и контроля, а также возникает возможность создавать самокорректирующиеся преобразователи, результирующая погрешность которых меньше погрешности изготовления элементной базы АЦП и ЦАП.
В направлении создания АЦП и ЦАП на основе методов избыточного кодирования в последние годы ведутся интенсианые научные исследования как в СССР, так и за рубежом. Например, в 1983 г. американская фирма ІП/tertiO приступила к серийному производству интегрального АЦП 14-разрядноЙ точности без лазерной подгонки. Высокие точностные и технологические характеристики указанного АЦП достигнуты за счет использования одной из модификаций избыточного кода Фибоначчи.
Однако вопросы, связанные с оптимизацией избыточного кодирования в АЦП и ЦАП, повышением эффективности способов поверки и коррекции инструментальных погрешностей высокоточных АЦП, а особенно ЦАП, а также вопросы преобразования информации из избыточного кода в двоичный и наоборот с целью согласования таких АЦП и ЦАП с двоичными устройствами цифровой вычислительной техники исследованы недостаточно.
Таким образом, необходимость создания высокоточных и метрологически стабильных АЦП и ЦАП, некритичных к технологической точности изготовления элементной базы, обладающих оптимальной избыточностью и совместимых по форме представления цифровой информации с двоичными устройствами цифровой вычислительной техники обусловили актуальность исследований.
Работа выполнялась в рамках целевой научно-технической программы 0.80.14, утвержденной постановлением ГКНТ СССР и АН СССР 475/251/133 от 12.12.80 г.
В первой главе проведен анализ научно-технической и патентной литературы по методам и устройствам контроля и поверки преобразователей информации, способам коррекции инструментальных погрешностей АЦП и ЦАП, кодам, применяемым в преобразователях информации. Это позволило выделить вопросы которые необходимо решить для выполнения поставленной задачи и сформулировать цели диссертационной работы.
Во второй главе проведено исследование непрерывных измерительных шкал - нового класса избыточных кодов, ориентированных на улучшение метрологических характеристик преобразователей информа-ции. Предложена методика выбора непрерывной измерительной шкалы для различных вариантов реализации и условий эксплуатации АЦП и ЦШ.
В третьей и четвертой главах диссертационной работы исследованы принципы построения самокорректирующихся ЦАП и АЦП, а также программно-корректируемых ЦАП на основе непрерывных измерительных шкал.
В пятой главе диссертационной работы изложены материалы разработки по самокорректирующемуся АЦП и программно-корректирующемуся универсальному АІЩ-ЦАП на основе непрерывных шкал и результаты их экспериментального исследования.
Основные научные результаты диссертационной работы нашли практическое применение в двух хоздоговорных работах, проведенных кафедрой вычислительной техники Винницкого политехнического института и СКТБ "Модуль" Винницкого политехнического института с предприятиями г.Москвы и г. Еревана.
Основными научными положениями,выносимыми на защиту,являются:
1. Принципы построения непрерывных измерительных шкал, обладающих оптимальной избыточностью.
2, Развитие существующих и создание новых способов поверки и самокоррекции ЦАП и АЦП, построенных на основе непрерывных измерительных шкал.
3, Разработка принципов построения и создание самокорректирующегося АЦП на основе непрерывных измерительных шкал с двоичным выходным кодом.
4. Разработка принципов построения и создание программно- корректируемого универсального АЦП-ЦАП на основе непрерывных шкал.
