АНАЛИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОГРЕШНОСТИ ΣΔ-АЦП С АНАЛОГО-ЦИФРОВЫМ ФИЛЬТРОМ 

Ашанин Василий Николаевич, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой электротехники
и транспортного электрооборудования, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза,
ул. Красная, 40), eltech@pnzgu.ru
Коротков Алексей Александрович, инженер-конструктор, Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (Россия, г. Пенза, ул. Каракозова, 44), lexifer@mail.ru

681.325.3

DOI

10.21685/2072-3059-2018-1-10

Актуальность и цели. Анализ инструментальной составляющей погрешности ΣΔ-АЦП, относящиеся к преобразователям информации неканонического вида, представляет весьма сложную задачу, поскольку отсутствует возможность использования принципа декомпозиции, т.е. разложения структуры ΣΔ-АЦП на отдельные слабо связанные звенья. В связи с эти проведен анализ инструментальной составляющей погрешности данного класса преобразователей информации в программных средах NI Multisim и Simulink.
Материалы и методы. В работе проведен анализ влияния реальных параметров элементов на инструментальную погрешность ΣΔ-АЦП. Имитационная модель разработана в NI Multisim.
Результаты и выводы. Приведенные модельные исследования зависимости линейности передаточной функции ΣΔ-АЦП от параметров аналоговых элементов ΣΔ-модулятора и аналого-цифрового фильтра показали достаточно сильную зависимость инструментальной составляющей погрешности от значений коэффициентов децимации и входного напряжения.

Ключевые слова

интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, ΣΔ-модулятор, аналого-цифровой фильтр, инструментальная составляющая погрешности, модельный эксперимент, компьютерная модель

 Скачать статью в формате PDF

1. Ашанин, В. Н. ΣΔ-аналого-цифровые преобразователи: основы теории и проектирования / В. Н. Ашанин, Б. В. Чувыкин, Э. К. Шахов. – Пенза : Инф.-изд. центр ПГУ, 2009. – 188 с.
2. Schreier, R. Understanding Delta-Sigma Data Converters / R. Schreier, G. C. Temes // IEEE Press. – 2008. – 446 p.
3. Ашанин, В. Н. Проблемы синтеза измерительных преобразователей гетерогенной структуры / В. Н. Ашанин // Датчики и системы. – 2011. – № 7. – С. 2–7.
4. Ашанин, В. Н. Реализация концепций ΣΔ-АЦП в интегрирующих АЦП с другими видами импульсной модуляции / Э. К. Шахов, В. Н. Ашанин, А. И. Надеев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Сер.: Технические
науки.– 2006. – № 6. – С. 226–236.
5. Шахов, Э. К. Интегрирующие развертывающие преобразователи напряжения / Э. К. Шахов, В. Д. Михотин. – М. : Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.
6. Иванов, В. А. Исследование шумов квантования ΔΣ-АЦП и разработка методов их снижения : дис. … канд. техн. наук / Иванов В. А. – М. : МЭИ, 2013. – 164 с.
7. Ашанин, В. Н. Классификация измерительных преобразователей информации непрерывно-дискретной системы гетерогенной структуры / В. Н. Ашанин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2011. – № 3 (19). – С. 98–104.
8. Ашанин, В. Н. Теория интегрирующего аналого-цифрового преобразования / В. Н. Ашанин, Б. В. Чувыкин, Э. К. Шахов. – Пенза : Инф.-изд. центр ПГУ, 2009. – 214 с.
9. Ашанин, В. Н. Теоретическое и экспериментальное исследование методов совершенствования интегрирующих аналого-цифровых преобразователей : дис. … канд. техн. наук / Ашанин В. Н. – Л. : ЛПИ, 1982. – 232 с.
10. Modeling sigma-delta modulator non-idealities in SIMULINK / S. Brigati, F. Francesconi, P. Malcovati, D. Tonietto, A. Baschirotto, F. Maloberti // Proceedings of ISCAS '99. – 1999. – Vol. 2. – P. 384–387.
11. Behavioral modeling of switched-capacitor sigma-delta modulators / P. Malcovati, S. Brigati, F. Francesconi, F. Maloberti, F. Cusinato, A. Baschirotto // IEEE Trans. on Circuits and Systems I. – 2003. – Vol. 50, № 3. – P. 352–364.
12. Norsworthy, S. R. Delta-Sigma Data Converters. Theory, Design and Simulation / S. R. Norsworthy, R. Schreier, G. C. Temes. – Piscataway, NJ : IEEE Press, 1997.
13. Category: Control Systems, File: SD Toolbox [Электронный ресурс]. – URL: http://www. mathworks.com /matlabcentral/fileexchange.
14. Fornasari, A. Improved Modeling of Sigma-Delta Modulator Non-Idealities in SIMULINK / A. Fornasari, P. Malcovati, F. Maloberti // Proc. of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems, ISCAS (Kobe. – 23–26 May 2005). – 2005. –
Vol. 6. – P. 5982–5985.
15. Analysis of clock jitter error in multibit continuous-time ΣΔ modulators with NRZ feedback waveform / R. Tortosa, J. M. de la Rosa, A. Rodríguez-Vázquez, F. V. Fernández. // IEEE International Symposium: Circuits and Systems, ISCAS. – 2005. –
May. – P. 3103–3106.
16. Modeling of a Second Order Non-Ideal Sigma-Delta Modulator / A. Dendouga, N. E. Bouguechal, S. Kouda, S. Barra // International Journal of Electrical and Computer Engineering. – 2010. – № 5 (6). – P. 327–332.
17. Verma, P. A Graphical User Interface (GUI) implemented Low-pass continous time Sigma-delta ADC with improved SNR & ENOB / P. Verma, A. K. Sahu // International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering. – 2014. –
№ 4 (6). – P. 144–149.
18. Hajare, S. S. Modeling Non-Idealities of CT Sigma-Delta Modulator for Software Defined Radio / S. S. Hajare, M. R. Madki // International Journal of Electronics and Computer Science Engineering. – 2013. – Vol. 2, № 1. – P. 233–240.
19. Modeling of a Second Order Sigma-Delta Modulator with Imperfections / A. Dendouga, N. E. Bouguechal, S. Kouda, S. Barra // International Journal of Electrical and Computer Engineering. – 2011. – Vol. 3, № 2. – P. 248–258.
20. A Wideband High Dynamic Range Continuous-Time Sigma-Delta ADC for Wireless Applications / Ye Xu // Master’s Thesis at school of ICT. – Integrated Devices and Circuits. – 2010. – Aug. – 77 p.
21. Continuous time sigma delta ADC design and non-idealities analysis / Yuan Jun, Zhang Zhaofeng, Wu Jun, Wang Chao, Chen Zhenhai, Qian Wenrong, Yang Yintang// Journal of Semiconductors. – 2011. – Vol. 32, № 12. – P. 125007-1–125007-6.
22. Modeling of Sigma-Delta Modulator Non-Idealities with Two Step Quantization in MATLAB/SIMULINK / S. Jaykar, K. Pande, A. Peshattiwar, A. Parkhi // International Journal of Computing and Technology. – 2014. – Vol. 1, iss. 2. – P. 94–99.
23. Коротков, А. А. Анализ инструментальной погрешности ΣΔ-модулятора с помощью компьютерного моделирования / А. А. Коротков / Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2013. – Т. 1. – С. 190–194.
24. Ашанин, В. Н. Определение инструментальной составляющей погрешности однобитных ΣΔ-модуляторов на основе принципа разделения функций / В. Н. Ашанин, А. А. Коротков, Б. В. Чувыкин // Труды Международного симпо-
зиума Надежность и качество. – 2014. – Т. 2. – С. 50–52.
25. Ашанин, В. Н. Анализ инструментальной составляющей погрешности однобитных ΣΔ-модуляторов / В. Н. Ашанин, А. А. Коротков, Б. В. Чувыкин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. –
2014. – № 2 (30). – С. 52–61.
26. Шахов, Э. К. Разделение функций – основной принцип совершенствования средств измерений / Э. К. Шахов, В. Н. Ашанин // Датчики и системы. – 2006. – № 7. – С. 2–7.
27. Ашанин, В. Н. ΣΔ-АЦП: Синтез одноконтурных структур / Б. В. Чувыкин, Э. К. Шахов, В. Н. Ашанин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2007. – № 1. – С. 91–106.
28. Ашанин, В. Н. ΣΔ-АЦП: Синтез структур высоких порядков / Б. В. Чувыкин, Э. К. Шахов, В. Н. Ашанин // Известия высших учебных заведений Поволжский регион. Технические науки. – 2007. – № 2. – С. 67–79.