А.М. Абрамов1

1 ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина» (г. Рязань, Россия)

1 abramov.a.job@yandex.ru

Постановка проблемы. Одним из важнейших компонентов современных электронных систем в области медицинской техники, автомобилестроения, связи 5G и т.д. являются микросхемы, содержащие аналого-цифровые преобразователи (АЦП) на одном кристалле. Эффекты старения, окружающая среда и механические вибрации оказывают значительное влияние на работу электронных систем, поэтому микросхемы необходимо периодически поверять, калибровать и даже заменять. По этой причине для контроля метрологических и технических характеристик аппаратно-программных средств комплекса «Мультимаг-М», содержащего диагностические каналы для измерения пульсовой волны, процесса дыхания, артериального давления и насыщения крови кислородом (сатурации), было предложено ввести в структуру комплекса хрономагнитотерапии автоматизированный блок контроля, тестирования и самокалибровки.

Применение BIST (Build-in Self Test) – встроенных средств самотестирования – является перспективным подходом к решению задач повышения надежности современных микросхем. Большинство известных BIST-методов АЦП требуют наличия на кристалле высоколинейного генератора испытательного сигнала (ИС), который является наиболее сложным блоком. Возможность испытания АЦП с большим числом разрядов ограничивается линейностью генератора ИС и с увеличением разрешения АЦП обеспечить линейную генерацию ИС на кристалле становится трудно выполнимой задачей.

Цель. Разработать способ определения интегральной и дифференциальной нелинейностей АЦП, независящий от линейности ИС.

Результаты. Предложен способ определения интегральной и дифференциальной нелинейностей АЦП, учитывающий нелинейную составляющую ИС. Это достигается за счет последовательной подачи на вход испытываемого АЦП периодического ИС треугольной формы, смещенного по уровню вниз ИС и смещенного по уровню вверх ИС. Проведение построения первой гистограммы распределения кодов АЦП при отсутствии смещения ИС, а также второй и третьей гистограмм при смещении ИС вниз и вверх. С помощью трех связанных гистограмм определяется вклад нелинейной составляющей ИС в интегральную нелинейность для каждого кода АЦП. Учитывая нелинейную составляющую ИС, далее определяется интегральная нелинейность для каждого кода АЦП, а затем по интегральной нелинейности определяется дифференциальная нелинейность АЦП. Кроме того, способ определяет напряжения смещений ИС, что позволяет снизить требования к точности задания сигнала перемещения.

Практическая значимость. Применение способа, снижающего требования к линейности ИС при самодиагностике и самокалибровке микросхем, содержащих АЦП, позволит уменьшить сложность проектирования кристалла.

Абрамов А.М. Способ определения интегральной и дифференциальной нелинейностей АЦП по трем гистограммам при испытаниях диагностических каналов в комплексной магнитотерапии // Биомедицинская радиоэлектроника. 2024. T. 27. № 4. С. 25-35. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202404-04

1. Абрамов А.М., Гуржин С.Г., Прошин Е.М. Контроль метрологических и технических характеристик аппаратно-программных средств комплекса хрономагнитотерапии «Мультимаг-М» // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2008. № 7. С. 29–34.
2. Закон Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 №102-ФЗ (в редакции от 13.07.2015). 16 с.
3. Блохина В.Б., Коноплев Б.Г. Повышение надежности микросистем с использованием BIST-методов // Известия ТРТУ. 1998. № 3(9). С. 86.
4. Wang, Sanchez-Sinencio E., Maloberti F. «Very linear ramp-generators for high resolution adc bist and calibration» in Proceedings of the 43rd IEEE Midwest Symposium on Circuits and Systems (Cat.No.CH37144). Aug 2000. V. 2. P. 908–911.
5. Provost B., Sanchez-Sinencio E. On-chip ramp generators for mixed-signal BIST and ADC self-test // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2003. V. 38. № 2. P. 263–273.
6. Абрамов А.М., Бондарцев В.В., Гуржин С.Г. и др. Виртуальные метрологические средства испытаний модулей АЦП для систем бортовых измерений (монография). Рязань: ИП Коняхин А.В. 2017. 256 с.
7. Абрамов А.М., Бондарцев В.В., Гуржин С.Г. и др. Виртуальные метрологические средства испытаний модулей АЦП для систем бортовых измерений // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2014. № 50-1. С. 50–54.
8. Абрамов А.М., Гуржин С.Г., Жулев В.И. и др. Математическое и имитационное моделирование измерительных модулей аналого-цифрового преобразования // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2014. № 50-2.
   С. 36–41.
9. Абрамов А.М., Каплан М.Б., Никитин С.В. и др. Методы и средства автоматизации измерений и испытаний сложных объектов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2017. № 60-2. С. 172–182.