Эксперименты с АЦП/ЦАП от Андрея Куликова

[AndrejKulikov]

Девятирично-Троичный 2-х разрядный (2-х каскадный) поддиапазонный (полупараллельный, параллельнопоследовательный) Фибоначчи-АЦП прямого преобразования ( Nonary-Ternary 2-Stage Subranging Flash (Half-Flash) Fibonacci-ADC-DAC) с Фибоначчи-ЦАПом, однополярный, 4-х тритный, с применением 3-х вольтных логических элементов и 3-х вольтных ОУ в компараторах и в объединённом неинвертирующем "вычитателе-умножителе (усилителеле) на 3", что позволило избавиться от 2-х неинвертирующих усилителей и повысить быстродействие, в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Half-Flash Fibonacci-ADC-DAC XOR Unipolar 4-trit 3-Volt bw2.JPG

4-х тритный троичный АЦП соответствует 4*ln3/ln2=6,33... битному двоичному АЦП.
Время полного преобразования приблизительно равно 5dt, где dt - типовое время задержки в одном ОУ компараторов и в одном логическом элементе. На самом деле время задержки в логических КМОП-элементах значительно меньше времени задержки в ОУ компараторов.


Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Half-Flash Fibonacci-ADC-DAC XOR Unipolar 4-trit 3-Volt.txt

[AndrejKulikov]

Девятирично-Троичный 3-х разрядный (3-х каскадный) поддиапазонный (полупараллельный, параллельнопоследовательный) Фибоначчи-АЦП прямого преобразования с Фибоначчи-ЦАПом (Nonary-Ternary 3-Stage Subranging Flash Fibonacci-ADC-DAC), однополярный, 6-ти тритный, с применением 3-х вольтных логических элементов и 3-х вольтных ОУ в компараторах и в объединённом неинвертирующем "вычитателе-умножителе (усилителеле) на 3", что позволило избавиться от 3-х неинвертирующих усилителей и повысить быстродействие, в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Subranging Fibonacci-ADC-XOR-Unipolar-6trit-3-Volt-bw2.JPG

6-ти тритный троичный АЦП соответствует 6*ln3/ln2=9,50... битному двоичному АЦП.
Время полного преобразования приблизительно равно 8dt, где dt - типовое время задержки в одном ОУ компараторов и в одном логическом элементе. На самом деле время задержки в логических КМОП-элементах значительно меньше времени задержки в ОУ компараторов.

Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Subranging Fibonacci-ADC-DAC-XOR-Unipolar-6-trit-3-Volt.txt

[AndrejKulikov]

Девятирично-Троичный 4-х разрядный (4-х каскадный) параллельнопоследовательный (поддиапазонный параллельный, Subranging Flash) Фибоначчи-АЦП прямого преобразования с Фибоначчи-ЦАПом (Nonary-Ternary 4-Stage Subranging Flash Fibonacci-ADC-DAC), однополярный, 8-ти тритный, с применением 3-х вольтных логических элементов и 3-х вольтных ОУ в компараторах и в объединённом неинвертирующем "вычитателе-умножителе (усилителеле) на 3", что позволило избавиться от 4-х неинвертирующих усилителей и повысить быстродействие, в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Subranging Fibonacci-ADC-XOR-DAC Unipolar 8-trit 3-Volt bw2.JPG

8-ти тритный троичный АЦП соответствует 8*ln3/ln2=12,67... битному двоичному АЦП.
Время полного преобразования приблизительно равно 11dt, где dt - типовое время задержки в одном ОУ компараторов и в одном логическом элементе. На самом деле время задержки в логических КМОП-элементах значительно меньше времени задержки в ОУ компараторов.

Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Subranging Fibonacci-ADC-DAC-XOR-Unipolar-8-trit-3-Volt.txt

[AndrejKulikov]

Двадцатисемирично-Троичный двухкаскадный (двухразрядный двадцатисемирично-троичный, двухдвадцатисемирично-троичный, TwoGeptaCozanary-Ternary, ДвухГептаКозанарно-Тернарный) параллельно последовательный (Subranging Flash, "поддиапазонный" параллельный, Half-Flash) Фибоначчи-АЦП прямого преобразования шеститритный с тритами в двухбитном двоичноединичнокодированном троичном (2-bit BinaryUnaryCodedTernary, 2B BUCT) коде с шеститритным Фибоначчи-ЦАПом на резисторной матрице напряжений 3R-4R(терминатор 6R), с применением 3-х вольтных логических элементов и 3-х вольтных ОУ в компараторах и в объединённом неинвертирующем "вычитателе-умножителе" на ОУ, что позволило избавиться от неинвертирующих усилителей на ОУ на выходе ЦАПов и тем самым повысить быстродействие, однополярный, в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

GeptaCozanary-Ternary Half-Flash Fibonacci-ADC-XOR-DAC Unipolar 6-trit 3-Volt bw2.JPG

6-ти тритный троичный АЦП соответствует 6*ln3/ln2=9,50... битному двоичному АЦП.
Время полного преобразования приблизительно равно 5dt, где dt - типовое время задержки в одном ОУ и в одном логическом элементе. На самом деле время задержки в логических элементах значительно меньше, чем в ОУ компараторов и усилителя.

Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

GeptaCozanary-Ternary Half-Flash Fibonacci-ADC-XOR-DAC Unipolar 6-trit 3-Volt.txt

[AndrejKulikov]

Девятирично-Троичный двухразрядный параллельнопоследовательный Фибоначчи-АЦП с Фибоначчи-ЦАПом (Nonary-Ternary 2-stage Subranging Flash (Half-Flash) Fibonacci-ADC-DAC), двухполярный, 4-х тритный, с 5-ти вольтными логическими элементами и с +/- 9-ти вольтным максимальным входным сигналом в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Half-Flash Fibonacci-ADC-DAC 4-trit Bipolar 5-VoltLogic 9-VoltInput2.JPG

4-х тритный троичный АЦП соответствует 4*ln3/ln2=6,33... битному двоичному АЦП.
Время полного преобразования приблизительно равно 7dt, где dt - типовое время задержки в одном ОУ и в одном логическом элементе. На самом деле время задержки в логических элементах значительно меньше, чем в ОУ компараторов и усилителей.

Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Half-Flash Fibonacci-ADC-DAC 4-trit Bipolar 5-VoltLogic 9-VoltInput.txt

[AndrejKulikov]

Преобразователи тритов (Trit Convertors)
В вышеприведённых Фибоначчи-АЦПах и Фибоначчи-ЦАПах применяются "двухпроводные градусниковые (термометрические)" триты. В некоторых применениях более удобны "трёхпроводные двоичноодноединичнопозиционные" триты. Для этих применений и были разработаны нижеследующие преобразователи тритов из одного кода в другой.

Преобразователь "трёхпроводного двоичноодноединичнопозиционного" трита в "двухпроводный градусниковый (термометрический)" трит
и
преобразователь "двухпроводного градусникового (термометрического)" трита в "трёхпроводный двоичноодноединичнопозиционный" трит в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Convertors 3B BUUCT to 2B BTCT and 2B BTCT to 3B BUUCT bw2.JPG

Другими словами:
преобразователь трита из 3-х битного двоичноодноединичнопозиционнокодированного троичного кода (001,010,100)=(0,1,2)=(-1,0,+1)=(-,0,+)=(-0+)=(Negativ,Zero,Positiv)=(NZP) в 2-х битный двоичноединичнокодированный ("термометрический") троичный код (00,01,11)=(0,1,2)=(-1,0,+1)=(-,0,+)=(-0+)=(Negativ,Zero,Positiv)=(NZP) (3-bit BinaryUnoUnaryPositionCodedTernary trit to 2-bit BinaryUnaryCodedTernary ("Termometric") trit Convertor, 3B BUUPCT to 2B BUCT trit Convertor)
и
преобразователь трита из 2-х битного двоичноединичнокодированного ("термометрического") троичного кода (00,01,11)=(0,1,2)=(-1,0,+1)=(-,0,+)=(-0+)=(Negativ,Zero,Positiv)=(NZP) в
3-х битный двоичноодноединичнопозиционнокодированный троичный код (001,010,100)=(0,1,2)=(-1,0,+1)=(-,0,+)=(-0+)=(Negativ,Zero,Positiv)=(NZP) (2-bit BinaryUnaryCodedTernary ("Termometric") trit to 3-bit BinaryUnoUnaryPositionCodedTernary trit Convertor, 2B BUCT to 3B BUUPCT trit Convertor).

Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Convertors 3B BUUCT to 2B BTCT and 2B BTCT to 3B BUUCT.txt

[AndrejKulikov]

Троичный однотритный АЦП с троичным однотритным ЦАПом, объединение которых одновременно является и троичным трёхуровневым унарным логическим элементом "Повторитель" ("ДА", "YES", FT1N21), двухполярный, +/- 2,5-вольтный, в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Троичный повторитель ДА YES2.JPG

Логические элементы "ДА" ("YES", повторители, буферы) на выходных линиях B0 и B2 компараторов выравнивают времена задержек во всех трёх линиях и тем самым устраняют "риски" и "гонки" в следующих каскадах.

Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Троичный повторитель ДА YES.txt

[AndrejKulikov]

Преобразователь двухбитного ("двухпроводного" "градусникового" ("термометрического")) троичного кода в трёхбитный ("трёхпроводный") одноединичнопозиционный троичный код в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Преобразователь двухбитного троичного кода в трёхбитный троичный код2.JPG

Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Преобразователь двухбитного троичного кода в трёхбитный троичный.txt

[AndrejKulikov]

Преобразователь троичного трёхбитного ("трёхпроводного") кода в троичный трёхуровневый код на трёх ключах в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Преобразователь трёхбитного троичного кода в трёхуровневый троичный код2.JPG

Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Преобразователь трёхбитного троичного кода в трёхуровневый троичный код.txt

[AndrejKulikov]

Троичный полностью последовательный Фибоначчи-АЦП прямого преобразования с Фибоначчи-ЦАПом на резисторной матрице напряжений 3R-4R(терминатор 6R), двухполярный, 4-х тритный, 15-ти Вольтный в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Ternary Fibonacci-ADC-DAC Bipolar 4-trit 15-Volt2.JPG

Код модели в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Ternary Fibonacci-ADC-DAC Bipolar 4-trit 15Volt.txt

[AndrejKulikov]

Девятирично-троичный параллельно-последовательный Фибоначчи-АЦП прямого преобразования с троичными Фибоначчи-ЦАП на резисторных матрицах напряжения 3R-4R(6R) с аналоговыми переключателями, однополярный, 4-х тритный в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Half-Flash Fibonacci-ADC-DAC Unipolar 9-Volt w-SPDT-key.JPG

Троичный 4-х тритный АЦП соответствует 4*ln3/ln2 = 4*1,58... = 6,33... битному двоичному АЦП.

Время полного преобразования равно 3*dtоу+2*dtлэ+2*dtак, где dtоу – время задержки в одном типовом ОУ или компараторе, dtлэ - время задержки в одном типовом логоческом элементе, а dtак — время задержки в одном типовом аналоговом переключателе.

Применение аналоговых ключей немного снижает быстродействие АЦП, но позволяет преобразовывать напряжения большие по амплитуде, чем напряжение питания логических элементов.

Девятирично-троичный АЦП может работать совместно с двоичными контроллерами и двоичными компьютерами, но, если двоичный контроллер или двоичный компьютер работает в двоичной системе, то из-за необходимости преобразования троичного кода в двоичный суммарное быстродействие получается меньше, чем при применении двоичных АЦП.

При совместной работе троичного АЦП с двоичными контроллерами и с двоичными компьютерами, работающими в троичной системе, из-за ненадобности преобразования двоичного кода в троичный, суммарное быстродействие комплекса увеличивается по сравнению с применением двоичных АЦП. Четыре двухбитных трита в "градусниковом" (в "термометрическом") коде помещаются в один байт и хорошо сопрягаются с двоичными контроллерами и с двоичными компьютерами работающими в троичной системе.

При совместной работе троичного АЦП с троичными контроллерами и троичными эвм на трёхбитных троичных логических элементах суммарное быстродействие увеличивается ещё больше из-за большего быстродействия троичных контроллеров и троичных эвм на трёхбитных троичных логических элементах.

9-3 Half-Flash ADC-DAC V-Matrix-T Unipolar 4-trit 9-Volt 60k.txt

[AndrejKulikov]

В предыдущей модели АЦП, из-за высокого выходного сопротивления ЦАПа первой ступени, напряжение обратной связи ОУ "вычитателя-умножителя на 9" немного сдвигало вычитаемое напряжение. Сдвиг вычитаемого напряжения удалось уменьшить добавлением в схему после ЦАПа первой ступени разделительного повторителя напряжения на ОУ с низким выходным сопротивлением:

Shifting.JPG

Девятирично-троичный параллельно-последовательный Фибоначчи-АЦП с Фибоначчи-ЦАПом повышенной точности, однополярный, 4-х тритный, 9-ти вольтный, в онлайн HTML5-версии симулятора электронных схем Circuit Simulator:

Nonary-Ternary Half-Flash Fibonacci-ADC-DAC Unipolar 9-Volt w-SPDT-key.JPG

При этом аппаратные затраты увеличиваются на 1 ОУ, а время полного преобразования увеличивается на время задержки в одном типовом ОУ - dtоу.

9-3 Half-Flash ADC-DAC V-Matrix-T Unipolar 4-trit 9-Volt.txt