Studying the influence of critical parameters and elements of the ΣT-analog-to-digital converter on the linearity of the conversion function

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Numerous studies have shown that one of the critical elements of low-bit integrating analog-to-digital converters (ADC) is a capacitor included in the integrator, the dielectric absorption of which limits the maximum achievable linearity of the conversion function. The relevance of studying its influence today is determined in connection with the development of multi-bit integrating analog-to-digital converters of the Σ- architecture, in which the summation of the conversion results of adjacent partial cycles is carried out for a full cycle. The execution of the operation of summation of partial and full conversion cycles leads to the emergence of a methodical component of the error from edge effects due to their asynchronism, which can lead to inequality of the integral values of the converted and reference voltages for a full conversion cycle. Materials and methods. These issues are investigated based on the developed ΣT-ADC using simulation modeling in the NI Multisim environment. An experimental study was conducted and the values of the root mean square deviation (RMS) of the linearity of the ADC conversion function were obtained using an ideal integrating capacitor, as well as with the addition of an integrating capacitor equivalent circuit with a number of absorption coefficient values to the model. The algorithm performance was assessed and the effect of the absorption coefficient on the final conversion result was analyzed for different numbers of partial cycles in a full cycle. Results. The study of the linearity error of the conversion function was conducted taking into account the effect of dielectric absorption achieved by including elements of the equivalent circuit of the integrating capacitor in the converter model. The values of the RMS of the conversion linearity were calculated for different numbers of partial cycles in a full conversion cycle. Conclusions. The obtained RMS values indicate the ability of the proposed structural and algorithmic solution to completely eliminate the influence of the instrumental component of the error caused by dielectric absorption phenomena in the integrating capacitor. For all values of the number of partial conversion cycles in a full cycle, absorption phenomena do not affect the final conversion result. For all values of the absorption coefficient, the mean square error of the linearity of the ΣT-ADC conversion function remains unchanged.

About the authors

Vasily N. Ashanin

Penza State University

Author for correspondence.
Email: ashanin58@yandex.ru

Candidate of engineering sciences, associate professor, head of the sub-department of electric power engineering and electrical engineering, 

(40 Krasnaya street, Penza, Russia)

Aleksey A. Korotkov

Research Institute of Electronic and Mechanical Devices

Email: lexifer@mail.ru

Candidate of engineering sciences, design engineer of the 2nd category

(44 Karakozova street, Penza, Russia)

References

  1. Ashanin V.N. Analysis and Synthesis Theoretical Problems of the Measurement on Heterogeneous Structure. Datchiki i sistemy = Sensors and systems. 2011;(7):2‒7. (In Russ.)
  2. Ashanin V.N., Korotkov A.A., Chuvykin B.V., Sidorova I.A. Analysis of the state and production trends of integral transformators of information technologies ΣΔ-architectural. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Tekhnicheskie nauki = University proceedings. Volga region. Engineering sciences. 2014;(1):26‒35. (In Russ.)
  3. Ashanin V.N., Chuvykin B.V., Shakhov E.K. Teoriya integriruyushchego analogotsifrovogo preobrazovaniya: monografiya = Theory of integrating analog-to-digital conversion: monograph. Penza: IITs PGU, 2009:214. (In Russ.)
  4. Shakhov E.K., Ashanin V.N., Nadeev A.I. Implementation of the concept of ΣΔ-ADC in integrated ADC with other types of pulsed modulation. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region = University proceedings. Volga region. 2006;(6):226‒236. (In Russ.)
  5. Ashanin V.N., Korotkov A.A. Development of Sigma-T ADC with Analogue Compensation of Error Caused by Edge Effects. International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON 2017). 2017:7998567.
  6. Ashanin V.N. Structural-algorithmic methods of error compensation from edge effects in integrating ADCs. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Tekhnicheskie nauki. = University proceedings. Volga region. Engineering sciences. 2009;(4):82‒92. (In Russ.)
  7. Shakhov E.K., Mikhotin V.D. Integriruyushchie razvertyvayushchie preobrazovateli = Integrating deploying converters. Moscow: Energoatomizdat, 1986:144. (In Russ.)
  8. Martyashin A.I., Shakhov E.K., Shlyandin V.M. Preobrazovateli elektricheskikh parametrov dlya sistem kontrolya i izmereniya = Electrical parameter converters for control and measurement systems. Moscow: Energiya, 1976:396. (In Russ.)
  9. Gutnikov V.S. Integral'naya elektronika v izmeritel'nykh ustroystvakh = Integrated electronics in measuring devices. Leningrad: Energoatomizdat, 1988:304. (In Russ.)
  10. Berzan V.P., Gelikman B.Yu., Guraevskiy M.N. et al. Elektricheskie kondensatory i kondensatornye ustanovki = Electric capacitors and capacitor units. Moscow: Energoatomizdat, 1987:656. (In Russ.)
  11. Goryacheva G.A., Dobromyslov E.R. Kondensatory: spravochnik = Capacitors: reference. Moscow: Radio i svyaz', 1984:88. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».