Математическое моделирование контура фазовой автоподстройки частоты для реализации АЦП
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на основе контура фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) характеризуется промежуточным преобразованием напряжения в длительность импульсов и невысокими требованиями к пассивным элементам схемы. Компенсация погрешностей номиналов пассивных элементов схемы, устойчивость к изменениям температуры являются преимуществами АЦП на основе контура ФАПЧ по отношению к известным аналогам. Несмотря на невысокие требования к погрешностям номиналов пассивных элементов, при проектировании АЦП на основе контура ФАПЧ необходимо учитывать колебательные свойства контура ФАПЧ. В работе показано, что расчет параметров элементов схемы следует проводить таким образом, чтобы воздействия измеряемого напряжения и отклонения номиналов пассивных элементов схемы не приводили к выходу из балансного состояния и возникновению паразитного колебательного контура ФАПЧ. Рассмотрена реализация математической модели ФАПЧ для построения АЦП на основе передаточной функции колебательного контура 2-го порядка с использованием коэффициентов передачи блоков ФАПЧ. Данный подход позво- ляет оценить колебательные свойства, рассчитать номиналы пассивных элементов схемы для стабильной работы колебательного контура ФАПЧ, а также оценить диапазон компенсации отрицательной обратной связи.
- Ключевые слова: АЦП, контур ФАПЧ, математическая модель, передаточные функции
- Информация о финансировании: работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 19-37-90085)
- Опубликовано в разделе: Интегральные радиоэлектронные устройства
- Для цитирования: Магеррамов Р. В. Математическое моделирование контура фазовой автоподстройки частоты для реализации АЦП // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 2. С. 248–258. doi: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-2- 248-258
Рафаэл Вагифович Магеррамов
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
1. Сизов М. В. Преобразователь напряжения в длительность импульса, стабилизиро-ванный ФАПЧ // Современная электроника. 2012. № 6. С. 26–32.
2. Сизов М. В., Малашевич Н. И., Федоров Р. А. АЦП с контуром фазовой автопод-стройки частоты // Наноиндустрия. 2016. № 8 (70). С. 40–47. doi: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2016.70.8.40.47
3. Magerramov R. Research and development of the PLL loop for the implementation of ADC based on nanoscale technologies // 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). Moscow: IEEE, 2018. P. 2018–2022. doi: https://doi.org/10.1109/EIConRus. 2018.8317509
4. Магеррамов Р. В. Преобразование модулированного по амплитуде сигнала прямо-угольной формы с датчика тока в длительность импульсов при помощи контура фазовой автоподстройки частоты // Вопросы радиоэлектроники. 2019. № 8. С. 37–42. doi: https://doi.org/10.21778/2218-5453-2019-8-37-42
5. Магеррамов Р. В. Применение контура ФАПЧ при реализации 16-разрядного АЦП // Вопросы радиоэлектроники. 2018. № 8. С. 6–12.
6. Mao X., Yang H., Wang H. Behavioral modeling and simulation of jitter and phase noise in fractional-N PLL frequency synthesizer // Proceedings of the 2004 IEEE International Beha-vioral Modeling and Simulation Conference. San Jose, CA: IEEE, 2004. P. 25–30. doi: https://doi.org/10.1109/BMAS.2004.1393977
7. Magerramov R., Zaitsev V. A simplified mathematical model of a VCO for implementing an analog to digital converter based on a PLL in 0.25-um CMOS technology // 2020 IEEE Con-ference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). St. Petersburg; Moscow: IEEE, 2020. P. 2303–2306. doi: https://doi.org/10.1109/EIConRus49466.2020.9038996
8. Wilson J., Nelson A., Farhang-Boroujeny B. Parameter derivation of type-2 discrete-time phase-locked loops containing feedback delays // IEEE Transactions on Circuits and Sys-tems II: Express Briefs. 2009. Vol. 56. Iss. 12. P. 886–890. doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2009.2034197
9. Afrasiabi M., Rokrok E. Identification and damping of resonances in inverter-based mi-crogrids // Journal of Power Electronics. 2018. Vol. 18. No. 4. P. 1235–1244. doi: https://doi.org/10.6113/JPE.2018.18.4.1235
10. Santana W. C., Al-Haddad K., Da Silva L. E. B. Modeling and active damping of har-monic propagation on electric distribution systems // 2009 IEEE Electrical Power & Energy Conference (EPEC). Montreal: IEEE, 2009. P. 1–7. doi: https://doi.org/10.1109/EPEC.2009.5420880
11. Zhao J., Huang M., Zha X. Nonlinear analysis of PLL damping characteristics in weak-grid-tied inverters // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2020. Vol. 67. No. 11. P. 2752–2756. doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2020.2978026
2. Сизов М. В., Малашевич Н. И., Федоров Р. А. АЦП с контуром фазовой автопод-стройки частоты // Наноиндустрия. 2016. № 8 (70). С. 40–47. doi: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2016.70.8.40.47
3. Magerramov R. Research and development of the PLL loop for the implementation of ADC based on nanoscale technologies // 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). Moscow: IEEE, 2018. P. 2018–2022. doi: https://doi.org/10.1109/EIConRus. 2018.8317509
4. Магеррамов Р. В. Преобразование модулированного по амплитуде сигнала прямо-угольной формы с датчика тока в длительность импульсов при помощи контура фазовой автоподстройки частоты // Вопросы радиоэлектроники. 2019. № 8. С. 37–42. doi: https://doi.org/10.21778/2218-5453-2019-8-37-42
5. Магеррамов Р. В. Применение контура ФАПЧ при реализации 16-разрядного АЦП // Вопросы радиоэлектроники. 2018. № 8. С. 6–12.
6. Mao X., Yang H., Wang H. Behavioral modeling and simulation of jitter and phase noise in fractional-N PLL frequency synthesizer // Proceedings of the 2004 IEEE International Beha-vioral Modeling and Simulation Conference. San Jose, CA: IEEE, 2004. P. 25–30. doi: https://doi.org/10.1109/BMAS.2004.1393977
7. Magerramov R., Zaitsev V. A simplified mathematical model of a VCO for implementing an analog to digital converter based on a PLL in 0.25-um CMOS technology // 2020 IEEE Con-ference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). St. Petersburg; Moscow: IEEE, 2020. P. 2303–2306. doi: https://doi.org/10.1109/EIConRus49466.2020.9038996
8. Wilson J., Nelson A., Farhang-Boroujeny B. Parameter derivation of type-2 discrete-time phase-locked loops containing feedback delays // IEEE Transactions on Circuits and Sys-tems II: Express Briefs. 2009. Vol. 56. Iss. 12. P. 886–890. doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2009.2034197
9. Afrasiabi M., Rokrok E. Identification and damping of resonances in inverter-based mi-crogrids // Journal of Power Electronics. 2018. Vol. 18. No. 4. P. 1235–1244. doi: https://doi.org/10.6113/JPE.2018.18.4.1235
10. Santana W. C., Al-Haddad K., Da Silva L. E. B. Modeling and active damping of har-monic propagation on electric distribution systems // 2009 IEEE Electrical Power & Energy Conference (EPEC). Montreal: IEEE, 2009. P. 1–7. doi: https://doi.org/10.1109/EPEC.2009.5420880
11. Zhao J., Huang M., Zha X. Nonlinear analysis of PLL damping characteristics in weak-grid-tied inverters // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2020. Vol. 67. No. 11. P. 2752–2756. doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2020.2978026
Поделиться