Аналіз технічного завдання

1. Аналіз технічного завдання

Для з’ясування вимог до технічного завдання, доцільно навести структуру АЦП порозрядного врівноваження із ваговою надлишковістю, що калібрується [1], яку зображено на рисунку 1.1.

Структура повинна містити: аналоговий комутатор (АК) – для переключення між джерелами аналогових сигналів; для процедури врівноваження вхідного аналогового сигналу використовується схема порівняння (СП), регістр послідовних наближень (РПН) та цифро-аналоговий перетворювач (-ЦАП), який працює в надлишковій позиційній системі числення (НПСЧ) (назвемо її робочою системою числення); цифровий обчислювальний пристрій (ЦОП) в якому, в залежності від способу калібрування повинні виконуватись операції додавання, віднімання, множення, ділення та операції з пам’яттю; для збереження цифрових еквівалентів дійсних ваг розрядів та проміжних результатів обчислень – блок пам’яті (БП); блок допоміжних сигналів (БДС) для створення нульового вхідного аналогового сигналу, під час визначення похибки зміщення нуля та, для вимірювальних АЦП, наближене до еталонного джерело напруги або струму, що використовується під час визначення масштабного коефіцієнту; в деяких випадках для фіксації рівня вхідного аналогового сигналу використовується пристрій вибірки та збереження (ПВЗ); для узгодження роботи вище згаданих блоків використовується блок керування (БК). Як бачимо, введення вагової надлишковості відбивається тільки на -ЦАП, решта блоків залишається стандартними, тому всі обчислення відбуваються у загально прийнятій двійковій системі числення. Основна перевага надлишкових позиційних систем числення (НПСЧ), реалізована при аналого-цифровому перетворенні складається у відсутності "розривів" у перетворювальній характеристиці, викликаних відхиленнями реальних ваг розрядів від їхніх розрахункових значень. Для "двійкових" АЦП ці відхилення не повинні перевищувати половини молодшого розряду.

Рисунок 1.1 – Структурна схема АЦП порозрядного врівноваження з ваговою надлишковістю

Для АЦП на основі "золотої пропорції" відносна похибка ваг розряду за рахунок технологічних, температурних, часових факторів може досягати до 23,6% [2], що не приведе до пропусків кодів. Таким чином, є можливість, знаючи точні значення реальних ваг розрядів, що беруть участь у перетворенні, одержати точне значення вхідного аналогового сигналу. Задача зводиться до визначення реальних ваг розрядів у спеціальному режимі роботи АЦП, названому калібруванням.

Використання НПСЧ при задані ваг розрядів ЦАП, дозволяє, за рахунок наявності зон перекриття між сусідніми розрядами отримати нерозривну передатну характеристику навіть за умови наявності значних відхилень ваг розрядів [3]. Головним недоліком ЦАП, побудованих з використанням НПСЧ, вважається збільшення кількості розрядів порівняно з двійковим ЦАП, що теоретично мало б призводити до збільшення часу врівноваження. Але, як було доведено в працях професора О.Д.Азарова, швидкодія таких перетворювачів може бути на порядок більша за двійкові без втрати точності за рахунок компенсації динамічних похибок першого та другого роду [4].

Основою системи числення [5] називається співвідношення ваг сусідніх розрядів

.

Для двійкової системи , а для надлишкових систем . До НПСЧ з дробовими вагами розрядів зокрема відносяться так звані системи числення золотої - пропорції[6].У системах числення золотої -пропорції, будь-яке натуральне число N* можна зобразити у вигляді

 1.1

де

– вага -го розряду або -а ступінь золотої -пропорції. Відповідно при =0 НПСЧ вироджується у двійкову систему числення, =1 – золота пропорція,  – одиничний код. Значення  для золотої пропорції рівне 1,618.

Застосування вказаної системи числення в порозрядних АЦП дозволяє виконувати самокалібрування виключно у цифровій формі. Це в свою чергу дозволяє відмовитися від введення додаткових аналогових вузлів та блоків для реалізації процедури калібрування ваг розрядів. Використання таких додаткових вузлів у пристрої значно ускладнює аналогову частину АЦП. Разом з тим, калібрування ваг розрядів у цифровій формі в АЦП на основі НПСЧ дозволяє максимально використати можливості цифрових обчислювальних пристроїв, замінити аналогові вузли цифровими і тим самим спростити аналогову частину перетворювачів, а також знизити її вартість.