Новые схемотехнические решения при проектировании функциональных цифроаналоговых преобразователей для фазометрических измерительных систем

Аннотация

Рассмотрены существующие схемы функциональных цифроаналоговых преобразователей для фазометрических измерительных систем. Недостатком таких схем является использование операционных усилителей, которые имеют невысокие значения собственных качественных показателей и не обеспечивают дифференциального преобразования нескольких входных напряжений. В связи с этим необходимы внешние элементы, влияющие на качественные показатели усилителей. Выполнен поиск новых схемотехнических решений при проектировании усилителей, позволяющих осуществлять дифференциальное преобразование нескольких входных напряжений, а также имеющих более низкое напряжение смещения нуля и более высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала, чем в операционных и инструментальных усилителях. В результате проведенных исследований предложено использовать мультидифференциальные операционные усилители в качестве составляющих функциональных цифроаналоговых преобразователей нового класса активных элементов, что позволит избавиться от внешних резисторов в структуре усилителя, т. е. исключить их влияние на качественные показатели схемы. Усилители данного класса имеют улучшенные собственные параметры по сравнению с операционными и инструментальными усилителями. Показана возможность проектирования на их основе быстродействующих цифроаналоговых преобразователей, использующих принцип взвешенного суммирования. При этом используется резистивная матрица с уменьшенным диапазоном номиналов сопротивлений, что увеличивает разрядность цифроаналоговых преобразователей. Приведенная схема цифроаналогового преобразователя реализует как положительные, так и отрицательные значения коэффициентов полинома, а также в два раза расширяет диапазон аргумента полинома. Таким образом, предложенное схемотехническое решение при проектировании функциональных цифроаналоговых преобразователей позволяет улучшить их функциональные возможности и качественные показатели

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Федоров С.В. Новые схемотехнические решения при проектировании функциональных цифроаналоговых преобразователей для фазометрических измерительных систем. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2024, № 4 (149), с. 92--109. EDN: SJCMBA

Литература

[1] Сапельников В.М., Кравченко С.А., Чмых М.К. и др. Фазовращатели, калибраторы фазы, эталоны фазового сдвига, фазовые измерения в радионавигации. Уфа, Изд-во УГНТУ, 2014.

[2] Свинцов И.В., Свинцов В.Я. Новый электрометрический метод анализа для экологического контроля окружающей среды. Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер. Управление, вычислительная техника и информатика, 2012, № 2, с. 99--105. EDN: PAJWXF

[3] Канарейкин В.И. Преобразователи фазового сдвига на основе функциональных ЦАП. Дис. ... канд. техн. наук. Уфа, УГАТУ, 2011.

[4] Сапельников В.М., Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы воспроизведения смещаемых во времени электрических сигналов и их метрологическое обеспечение. Уфа, Изд-во БГУ, 2000.

[5] Сапельников В.М., Максутов А.Д., Клименко С.Е. Методы построения цифроуправляемых калибраторов фазы в приборостроении. Измерительная техника, 2012, № 3, с. 53--57. EDN: OWMGEL

[6] Сапельников В.М. Функциональные цифроаналоговые преобразователи и их роль в развитии приборостроения. Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль, 2014, № 1, с. 4--14. EDN: SGRUYJ

[7] Канарейкин В.И., Канарейкина С.Г. Гибридный функциональный цифроаналоговый преобразователь со сплайновой аппроксимацией n-го порядка. Патент РФ 2628918. Заявл. 03.08.2016, опубл. 22.08.2017.

[8] Wei Q., Qiao F., Yang H. New development of analog-to-digital converters. Re-cent Pat. Electr. Eng., 2011, vol. 4, no. 3, pp. 214--220. DOI: http://dx.doi.org/10.2174/1874476111104030214

[9] Манжула В.Г., Прокопенко Н.Н. Прецизионный операционный усилитель с интегрированным мультидифференциальным входным каскадом. Современные проблемы науки и образования, 2013, № 1. EDN: PWAZHZ9

[10] Крутчинский С.Г., Титов А.Е., Серебряков А.И. и др. Прецизионные аналоговые интерфейсы на базе двух мультидифференциальных операционных усилителей. Инженерный вестник Дона, 2013, № 3. EDN: RZEGRP

[11] Krutchinsky S.G., Tsybin M.S., Titov A.E. Structural optimization of differential stage in operational amplifiers. ICSES, 2010, pp. 205--208.

[12] Прокопенко Н.Н., Бутырлагин Н.В., Пахомов И.В. Основные параметры и уравнения базовых схем включения мультидифференциальных операционных усилителей с высокоимпедансным узлом. Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС), 2014, № 3, с. 111--116.

[13] Zainul A., Koichi T., Shota M., et al. A new instrumentation amplifier architecture based on differential difference amplifier for biological signal processing. IJECE, 2017, vol. 7, no. 2, pp. 759--766. DOI: http://doi.org/10.11591/ijece.v7i2.pp759-766

[14] Пахомов И.В. Мультидифференциальные операционные усилители напряжений и токов с активной отрицательной обратной связью. Дис. ... канд. техн. наук. Ростов н/Д., ЮРГТУ, 2017.

[15] Prokopenko N.N., Pakhomov I.V., Bugakova A.V., et al. The method of the errors calculation from the input common-mode signal in the analog interfaces based on the differential difference operational amplifiers and the ways of their decrease. SIBCON, 2016, pp. 638--643. DOI: https://doi.org/10.1109/SIBCON.2016.7491789

[16] Титов А.Е. Проектирование симметричных усилителей с минимальным напряжением дрейфа нуля. Известия ЮФУ. Технические науки, 2014, № 5, с. 92--99. EDN: SEDDJR

[17] Крутчинский С.Г., Титов А.Е. Мультидифференциальный операционный усилитель в режиме инструментального усилителя. Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление, 2010, № 3, с. 200--203. EDN: MTAOTP

[18] Крутчинский С.Г., Титов А.Е. Оптимизация структур инструментальных усилителей с мультидифференциальными операционными усилителями. Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС), 2014, № 3, с. 9--14. EDN: SQSIMH

[19] Zhu L., Zhou Z., Wang W., et al. A high CMRR Differential difference amplifier employing combined input pairs for neural signal recordings. IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst., 2024, vol. 18, no. 1, pp. 100--110. DOI: https://doi.org/10.1109/TBCAS.2023.3311465

[20] Mejia-Chavez P., Sanchez-Garcia P.J., Velazquez-Lopez J. Differential difference amplifier FGMOS for electrocardiogram signal acquisition. 8th Int. Conf. on Electrical Engineering, Computing Science and Automatic Control, 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEEE.2011.6106684