RU75521U1 - ANALOG-DIGITAL CONVERTER (ADC) FOR PROCESSING SIGNALS WITH A BIG DYNAMIC RANGE - Google Patents

ANALOG-DIGITAL CONVERTER (ADC) FOR PROCESSING SIGNALS WITH A BIG DYNAMIC RANGE Download PDF

Info

Publication number
RU75521U1
RU75521U1 RU2007149148/22U RU2007149148U RU75521U1 RU 75521 U1 RU75521 U1 RU 75521U1 RU 2007149148/22 U RU2007149148/22 U RU 2007149148/22U RU 2007149148 U RU2007149148 U RU 2007149148U RU 75521 U1 RU75521 U1 RU 75521U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
adc
analog
bit adc
dynamic range
signal
Prior art date
Application number
RU2007149148/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Алексеевич Успенский
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Радиотехнический Институт Имени Академика А.Л. Минца"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Радиотехнический Институт Имени Академика А.Л. Минца" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Радиотехнический Институт Имени Академика А.Л. Минца"
Priority to RU2007149148/22U priority Critical patent/RU75521U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU75521U1 publication Critical patent/RU75521U1/en

Links

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к аналого-цифровым преобразователям (АЦП) для обработки сигналов с большим динамическим диапазоном и без потери слабых сигналов, находящихся под шумом, и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и других радиотехнических устройствах. Аналого-цифровой преобразователь содержит многоразрядный АЦП 1 с величиной дискрета d(1) и соединенную с ним по входу ветвь, состоящую из усилителя аналоговых сигналов и одноразрядного АЦП 2 с величиной дискрета d(2), значение которой в зависимости от СКО шума должно в несколько раз превышать величину d(1), при этом коэффициент усиления усилителя выбирается равным Кус=d(2)/d(1). Входной сигнал одновременно подается на многоразрядный АЦП 1 и на усилитель, с выхода которого подается на вход одноразрядного АЦП 2, с выхода которого сигнал подается на дальнейшую обработку вместо сигнала младшего разряда многоразрядного АЦП 1.The invention relates to radio engineering, in particular, to analog-to-digital converters (ADCs) for processing signals with a large dynamic range and without loss of weak signals under noise, and can be used in digital measuring devices and other radio engineering devices. An analog-to-digital converter contains a multi-bit ADC 1 with a discrete value d (1) and a branch connected to it at the input, consisting of an analog signal amplifier and a single-bit ADC 2 with a discrete value d (2), the value of which should be several times exceed the value of d (1), while the gain of the amplifier is chosen equal to Kus = d (2) / d (1). The input signal is simultaneously fed to the multi-bit ADC 1 and to the amplifier, the output of which is fed to the input of the single-bit ADC 2, from the output of which the signal is fed to further processing instead of the low-order signal of the multi-bit ADC 1.

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к аналого-цифровым преобразователям (АЦП) для обработки сигналов с большим динамическим диапазоном и большим значением среднеквадратического отклонения (СКО) шума без потери слабых сигналов, находящихся под шумом, и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и других радиотехнических устройствах.The invention relates to radio engineering, in particular, to analog-to-digital converters (ADCs) for processing signals with a large dynamic range and a large value of the standard deviation (RMS) of noise without loss of weak signals under noise, and can be used in digital measuring instruments and other radio devices.

Известны АЦП, использующие одиночные замеры без последующего накопления, что свойственно цифровым измерительным приборам, при этом точность измерения сигнала составляет 0,5 кодовой единицы. Для обработки сигналов с большим динамическим диапазоном используются многоразрядные АЦП, что приводит к резкому сокращению амплитуды одного дискрета. Так для 24 разрядного АЦП величина одного дискрета составляет 596 нВ при полной шкале 10 В, в то время как шум Джонсона при ширине полосы 10 кГц, температуре 25°С и R=2,2 кОм составляет 600 нВ [1].ADCs are known that use single measurements without subsequent accumulation, which is typical of digital measuring instruments, while the signal measurement accuracy is 0.5 code unit. For processing signals with a large dynamic range, multi-bit ADCs are used, which leads to a sharp reduction in the amplitude of one discrete. So for a 24-bit ADC, the value of one discrete is 596 nV at a full scale of 10 V, while Johnson noise at a bandwidth of 10 kHz, a temperature of 25 ° C and R = 2.2 kOhm is 600 nV [1].

Для определения амплитуды слабого сигнала, находящегося под шумом, используются широкополосные многоразрядные АЦП с цифровыми фильтрами, которые уменьшают СКО шума с уменьшением полосы цифрового фильтра [2]. Но в этом случае, поскольку величина дискрета мала, To determine the amplitude of a weak signal under noise, broadband multi-bit ADCs with digital filters are used, which reduce the standard deviation of noise with decreasing digital filter bandwidth [2]. But in this case, since the discrete value is small,

на точность измерения влияют систематические ошибки АЦП, такие как затягивание фронтов импульса, шум перехода и др., причем, чем меньше дискрет АЦП, тем больше влияние систематических ошибок.the accuracy of the measurement is influenced by the systematic errors of the ADC, such as delaying the edges of the pulse, the noise of the transition, etc., and the smaller the discrete ADC, the greater the influence of systematic errors.

Известны АЦП, использующие увеличение коэффициента усиления аналоговых каскадов по входу [3], являющиеся прототипом предлагаемого АЦП. Но в этом случае происходит уменьшение динамического диапазона обрабатываемых сигналов, т.к. за счет усиления большие сигналы раньше входят в ограничение. Недостатком данной схемы является невозможность одновременной обработки и слабых сигналов, и сильных сигналов, поскольку усиление приводит к более раннему ограничению АЦП.Known ADCs using an increase in the gain of analog cascades at the input [3], which are the prototype of the proposed ADC. But in this case, the dynamic range of the processed signals decreases, because due to amplification, large signals are previously included in the limitation. The disadvantage of this scheme is the impossibility of simultaneously processing both weak signals and strong signals, since amplification leads to an earlier limitation of the ADC.

Задачей данного изобретения является создание АЦП с повышенной точностью обработки аналоговых сигналов с большим динамическим диапазоном и большим СКО шума без потери слабых сигналов, находящихся под шумами и без снижения динамического диапазона.The objective of the invention is the creation of an ADC with increased accuracy of processing analog signals with a large dynamic range and a large standard deviation of noise without losing weak signals under noise and without reducing the dynamic range.

Для достижения данного технического результата схема аналого-цифрового преобразователя (Фиг.1) содержит многоразрядный АЦП 1 с величиной дискрета d(1) и соединенную с ним по входу ветвь, состоящую из усилителя аналоговых сигналов и одноразрядного АЦП 2 с величиной дискрета d(2), значение которой в зависимости от СКО шума должно в несколько раз превышать величину d(1), при этом коэффициент усиления усилителя выбирается равным Кус=d(2)/d(1).To achieve this technical result, the circuit of the analog-to-digital converter (Figure 1) contains a multi-bit ADC 1 with a discrete value d (1) and a branch connected to it at the input, consisting of an analog signal amplifier and a single-bit ADC 2 with a discrete value d (2) , the value of which, depending on the standard deviation of the noise, should several times exceed the value of d (1), while the gain of the amplifier is chosen equal to Kus = d (2) / d (1).

На Фиг.1 представлена схема АЦП для обработки сигналов с большим динамическим диапазоном.Figure 1 presents the ADC circuit for processing signals with a large dynamic range.

На Фиг.2 показан вид характеристики АЦП 1.Figure 2 shows a view of the characteristics of the ADC 1.

На Фиг.3 показан вид характеристики АЦП 2.Figure 3 shows a view of the characteristics of the ADC 2.

Входной сигнал (Фиг.1) одновременно подается на многоразрядный АЦП 1 и на усилитель, с выхода которого подается на вход одноразрядного АЦП 2, с выхода которого сигнал подается на дальнейшую обработку вместо сигнала младшего разряда многоразрядного АЦП 1. Как показано на Фиг.2, при поступлении сигнала с большой амплитудой, точность его определения обеспечивается многоразрядным АЦП 1, не ограничивающим данные амплитуды, но при поступлении сигнала с малой амплитудой, находящегося под шумами, он может быть утерян за счет систематических ошибок (зона систематических ошибок показана на Фиг.2 как Δ), поэтому он определяется одноразрядным АЦП 2 после усиления, как показано на Фиг.3. Следует отметить, что зона систематических ошибок при усилении остается по-прежнему равной Δ. При этом для наглядности на Фиг.3 показано определение сигнала при увеличении дискрета d(2) АЦП 2 в четыре раза по сравнению с d(1) АЦП 1 и при коэффициенте усиления усилителя равном четырем. В действительности эта величина должна выбираться гораздо большей для уменьшения влияния систематических ошибок.The input signal (Figure 1) is simultaneously fed to a multi-bit ADC 1 and to an amplifier, the output of which is fed to the input of a single-bit ADC 2, from the output of which the signal is fed to further processing instead of the low-order signal of a multi-bit ADC 1. As shown in Figure 2, when a signal with a large amplitude arrives, the accuracy of its determination is ensured by a multi-bit ADC 1, which does not limit the amplitude data, but when a signal with a small amplitude under noise arrives, it can be lost due to systematic errors ( it systematic errors is shown in Figure 2 as Δ), so it is determined by a one-bit ADC 2 after amplification, as shown in Figure 3. It should be noted that the zone of systematic errors during amplification remains equal to Δ. At the same time, for clarity, figure 3 shows the definition of the signal when the discretion d (2) of the ADC 2 is quadrupled compared with d (1) ADC 1 and with an amplifier gain of four. In fact, this value should be chosen much larger to reduce the influence of systematic errors.

Данная схема решает все поставленные задачи. Применение двух АЦП, многоразрядного и одноразрядного с усилителем, обеспечивает обработку сигналов с большим динамическим диапазоном и большим СКО шума. Использование многоразрядного АЦП 1 с величиной дискрета d(1) обеспечивает верхнюю границу определения амплитуд сигналов. This scheme solves all the tasks. The use of two ADCs, multi-bit and single-bit with an amplifier, provides signal processing with a large dynamic range and a large standard deviation of noise. The use of a multi-bit ADC 1 with a discrete value d (1) provides an upper limit for determining signal amplitudes.

Определение слабых сигналов под шумами обеспечивается за счет использования усилителя входного сигнала с коэффициентом усиления Kус=d(2)/d(1) и одноразрядного АЦП 2 с дискретом d(2), в несколько раз превышающим d(1). Поскольку величина дискрета d(2) одноразрядного АЦП 2 увеличена в несколько раз, снижается влияние систематических ошибок, которое особенно проявляется при определении сигналов, величина которых соизмерима с дискретом АЦП, следовательно, данное изобретение повышает точность обработки слабых аналоговых сигналов.The determination of weak signals under noise is provided through the use of an input signal amplifier with a gain Kus = d (2) / d (1) and a single-bit ADC 2 with a discrete d (2) several times greater than d (1). Since the discrete value d (2) of a single-bit ADC 2 is increased several times, the influence of systematic errors is reduced, which is especially evident when determining signals whose magnitude is comparable to the ADC discrete, therefore, this invention improves the accuracy of processing weak analog signals.

Выполненный согласно изобретению АЦП с применением двух ветвей обработки сигналов и выбором соотношения дискретов АЦП 1 и АЦП 2 в соответствии с СКО шума обрабатываемых сигналов, позволил, не усложняя схему, обрабатывать сигналы в большом динамическом диапазоне, определяемом вверх разрядностью многоразрядного АЦП 1, а вниз - точностью работы одноразрядного АЦП 2.The ADC performed according to the invention with the use of two signal processing branches and the choice of the discrete ratio of the ADC 1 and ADC 2 in accordance with the standard deviation of noise of the processed signals allowed, without complicating the circuit, to process the signals in a large dynamic range defined upward by the bit depth of the multi-bit ADC 1, and down the accuracy of the single-bit ADC 2.

Литература:Literature:

1. Analog-digital conversion, Kester W., march 2004, ADI Central Application Department, p.2.13,2.42-2.43.1. Analog-digital conversion, Kester W., March 2004, ADI Central Application Department, p.2.13,2.42-2.43.

2. Исследование аналого-цифровых преобразователей для цифровой обработки сигналов при помощи когерентных отсчетов, Б.Колеман, П.Мииган, Дж.Рейди, П.Уникс, (перевод Р-06423).2. The study of analog-to-digital converters for digital signal processing using coherent readings, B. Koleman, P. Miyigan, J. Reidy, P. Unix, (translation P-06423).

3. Способы дифференциального измерения с дельта-сигма АЦП Linear Technologies, часть 2, А.Козлов, Г.Королев, «CHIP NEWS Украина/Инженерная микроэлектроника», №3, 2007, стр.49.3. Methods of differential measurement with delta-sigma ADC Linear Technologies, part 2, A. Kozlov, G. Korolev, “CHIP NEWS Ukraine / Microelectronic Engineering”, No. 3, 2007, p. 49.

Claims (1)

Многоразрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП 1) с величиной дискрета d(1) для обработки сигналов с большим динамическим диапазоном, отличающийся тем, что дополнительно содержит усилитель аналоговых сигналов и одноразрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП 2) с величиной дискрета d(2) в несколько раз превышающей d(1), причем усилитель соединен по входу с АЦП 1, а по выходу с АЦП 2 и имеет коэффициент усиления Кус=d(2)/d(1).
Figure 00000001
A multi-bit analog-to-digital converter (ADC 1) with a discrete value d (1) for processing signals with a large dynamic range, characterized in that it further comprises an analog signal amplifier and a single-bit analog-to-digital converter (ADC 2) with a discrete value d (2) several times higher than d (1), and the amplifier is connected at the input to ADC 1, and at the output from ADC 2 and has a gain Kus = d (2) / d (1).
Figure 00000001
RU2007149148/22U 2007-12-25 2007-12-25 ANALOG-DIGITAL CONVERTER (ADC) FOR PROCESSING SIGNALS WITH A BIG DYNAMIC RANGE RU75521U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007149148/22U RU75521U1 (en) 2007-12-25 2007-12-25 ANALOG-DIGITAL CONVERTER (ADC) FOR PROCESSING SIGNALS WITH A BIG DYNAMIC RANGE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007149148/22U RU75521U1 (en) 2007-12-25 2007-12-25 ANALOG-DIGITAL CONVERTER (ADC) FOR PROCESSING SIGNALS WITH A BIG DYNAMIC RANGE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU75521U1 true RU75521U1 (en) 2008-08-10

Family

ID=39746827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007149148/22U RU75521U1 (en) 2007-12-25 2007-12-25 ANALOG-DIGITAL CONVERTER (ADC) FOR PROCESSING SIGNALS WITH A BIG DYNAMIC RANGE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU75521U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU204829U1 (en) * 2020-12-02 2021-06-15 Акционерное общество Научно-производственный центр «Электронные вычислительно-информационные системы» (АО НПЦ «ЭЛВИС») ANALOG-INFORMATION CONVERTER (AIP) INFORMATION READING SYSTEM WITH DYNAMIC INTEGRATION PROFILE (DPI)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU204829U1 (en) * 2020-12-02 2021-06-15 Акционерное общество Научно-производственный центр «Электронные вычислительно-информационные системы» (АО НПЦ «ЭЛВИС») ANALOG-INFORMATION CONVERTER (AIP) INFORMATION READING SYSTEM WITH DYNAMIC INTEGRATION PROFILE (DPI)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100787369B1 (en) Carrier-dependent dithering for analog-to-digital conversion
Kester Understand SINAD, ENOB, SNR, THD, THD+ N, and SFDR so you don’t get lost in the noise floor
Walden Performance trends for analog to digital converters
US8970411B2 (en) Pipelined continuous-time sigma delta modulator
US8253611B2 (en) Method for calibrating a pipelined continuous-time sigma delta modulator
JP4690459B2 (en) Fast response current measurement system and method
PT91752B (en) PROCESS AND ARRANGEMENT FOR POLAR SIGNAL LOGARITHMIC PROCESSING
US7443332B2 (en) Time continuous pipeline analog-to-digital converter
GB0214742D0 (en) Improvements relating to time-interleaved samplers
JP2005295556A (en) Dither circuit for quantizing device
Nairn Time-interleaved analog-to-digital converters
RU75521U1 (en) ANALOG-DIGITAL CONVERTER (ADC) FOR PROCESSING SIGNALS WITH A BIG DYNAMIC RANGE
WO2005055500A3 (en) Calibrating capacitor mismatch in a pipe-line adc
US20100164768A1 (en) Providing digital codes representing analog samples with enhanced accuracy while using an adc of lower resolution
US20150035691A1 (en) Method and related device for generating a digital output signal corresponding to an analog input signal
CN100458864C (en) Method for high precision collecting weak signal and circuit thereof
RU2012138556A (en) METHOD AND DEVICE FOR REDUCING THE CONTRIBUTION OF NOISE TO DISCRETE SIGNALS
CN105471525B (en) A kind of four-way compressed sensing digital receiver signal processing method of vector network analyzer
US10340868B2 (en) Amplifier circuit including first input branch circuit, second input branch circuit, feedback capacitor, and operational amplifier and pulse-wave measuring device
Schat ADC test methods using an impure stimulus: A survey
DE60122147D1 (en) PEAK VALUE CALIBRATION IN ANALOG DIGITAL CONVERSIONS
Li et al. A CMOS analog front-end chip for amperometric electrochemical sensors
Pawłowski A simulation investigation into the signal reconstruction accuracy of the transducer with pulse frequency output
US6720900B2 (en) Guess method and apparatus, sampling apparatus
Gosselin et al. Computing the impact of white and flicker noise in continuous-time integrator-based ADCs

Legal Events

Date Code Title Description
PD9K Change of name of utility model owner