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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

UNITA' DI RICERCA

italiano - english
Bibliografia
[1] “INL reconstruction of A/D converters via parametric spectral estimation”-Attivissimo, F. et al.-IEEE Tr.on IM-Aug.2004-pp.940-946.
[2] “A/D converters nonlinearity measurement and correction by frequency analysis and dither” -
Adamo,F. et al.-IEEE Tr.on IM-Aug.2003-pp.1200-1205.
[3] “FFT test of A/D converters to determine the integral nonlinearity”-Adamo, F. et al.-IEEE Tr.on IM-Oct.2002-pp.1050-1054.
[4] “Low-cost accurate characterization of FM sine wave generators”-Attivissimo, F.et al.-IEEE Tr.on IM- April 1998-pp.384-389.
[5] “Fast and accurate ADC testing via an enhanced sine wave fitting algorithm”-Giaquinto, N.; Trotta, A.-IEEE Tr.on IM - Aug.1997 pp.1020-1025.
[6] “Testing and optimizing ADC performance: a probabilistic approach”-Giaquinto, N. et al.-IEEE Tr.on IM-April 1996-pp.621-626.
[7] “Measuring the static characteristic of dithered A/D converters”-Adamo, F. et al.- Measurement-Dec. 2002-pp.231-239.
[8] “Standardizing the metrological assessment of waveform digitizers: problems and perspectives”-Attivissimo, F. et al.- Measurement-June, 2002-pp.247-252.
[9] “Metrological qualification of data acquisition systems”-Giaquinto, N. et al.- Computer Standards & Interfaces-Sept. 1998-pp.219-229.
[10] “A state of the art on ADC error compensation methods”-Balestrieri, E. et al.-Proc. IEEE IMTC-May 2000-vol.1-pp.711-715.
[11] “A state of the art on ADC modelling”-Arpaia, P. et al.-Comp. Stand. & Interf.-vol.26-2004-pp.31-42.
[12] “Characterisation of digitizer timebase jitter by means of the Allan variance”-Arpaia, P. et al.-Comp. Stand. & Interf.-vol. 25-2003-pp. 15-22.
[13] “Approaches to evaluate the virtual instrumentation measurement uncertainties”-Nuccio, S.; Spataro, C.-IEEE Tr.on IM- Dec.2002-pp.1347-1352.
[14] “A virtual instrument for measurement of flicker”-Caldara, S.; Nuccio, S.; Spataro, C.-IEEE Tr.on IM-Oct.1998-pp.1155-1158.
[15] “A nonlinear dynamic S/H-ADC device model based on a modified Volterra series: identification procedure and commercial CAD tool implementation”-Traverso, P.A. et al.-IEEE Tr.on IM-Aug.2003-pp.1129-1135.
[16] “A modified Volterra series approach for nonlinear dynamic systems modelling”-Mirri, D. et al.- IEEE Tr.on Circuits and Systems I-Aug.2002-pp.1118-1128.
[17] “The effect of time-jitter in equispaced sampling wattmeters”-Mirri, D. et al.-IEEE Tr.on IM-June 1998-pp.720-727.
[18] “Finite memory non-linear model of a S/H-ADC device”-Mirri, D. et al.- Measurement-June 1999-pp.265-283.
[19] “A high-resolution digital time-interval measurement instrument”-Mirri, D.; Pasini, G.; Iuculano, G.; Filicori, F.; Pellegrini, G.; et.al.- Measurement-Nov. 1997-pp.129-140.
[20] “A non-linear dynamic modelling approach for the characterization and error compensation in sampling oscilloscopes”-Mirri, D. et al.- Measurement-Nov. 1997-pp.97-112.
[21] “Measurement uncertainty in a multivariate model: a novel approach”-Iuculano, G. et al.-IEEE Tr.on IM-Oct.2003-pp.1573-1580.
[22] IEEE Std 1057-1994-“IEEE standard for digitizing waveform recorders”-1994.
[23] IEEE Std 1241-2000-“IEEE standard for terminology and test methods for analog-to-digital converters”-2000.
[24] IEC Draft (TC 85/WG 16): “Performance characteristics and calibration methods for digital data acquisition systems and relevant software”-2004.
[25] BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML.Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, 1995.ISBN 92-67-10188-9, Second Edition.
[26] “Uncertainty of ADC random noise estimates obtained with the IEEE 1057 standard test”-Alegria, F.A.C.; Serra, A.M.C.-IEEE Tr.on IM-Feb.2005-pp. 110-116.
[27] “An FFT-based method to evaluate and compensate gain and offset errors of interleaved ADC systems”-Pereira, J.M.D.; Girao, P.M.B.S.; Serra, A.M.C.-IEEE Tr.on IM-April 2004-pp. 423-430.
[28] “Performance of data acquisition systems from the user's point of view”-Alegria, F.; Girao, P.; Haasz, V.; Serra, A.M.C.-IEEE Tr.on IM-Aug.2004-pp. 907-914.
[29] “Representation and measurement of nonlinearities in stimulus signals”-Martins, R.C.; Serra, A.M.C.-IEEE Tr.on IM-Aug.2003-pp.1160-1165.
[30] “Variance of the cumulative histogram of ADCs due to frequency errors”-Alegria, F.A.C.; Serra, A.M.C.-IEEE Tr.on IM-Feb.2003-pp.69-74.
[31] “Performance analysis of an ADC histogram test using small triangular waves”-Alegria, F.; Arpaia, P.; da Cruz Serra, A.M.; Daponte, P.-IEEE Tr.on IM-Aug.2002-pp.723-729.
[32] “A comprehensive phase-spectrum approach to metrological characterization of hysteretic ADCs”-Monteiro, C.L.; Arpaia, P.; Serra, A.M.C.-IEEE Tr.on IM-Aug.2002-pp.756-763.
[33] “Modeling and characterization of sigma-delta analog-to-digital converters”-Arpaia, P.; Cennamo, F.; Daponte, P.; Schumny, H.-IEEE Tr.on IM- June 2003-pp.978-983.
[34] “Analytical a priori approach to phase-plane modeling of SAR A/D converters”-Arpaia, P.; Daponte, P.; Michaeli, L.-IEEE Tr.on IM-Aug.1998-pp.849-857.
[35] “A dynamic error model for integrating analog-to-digital converters”-Arpaia, P.; Daponte, P.; Michaeli, L.-Measurement-June 1999-pp.255-264.
[36] “Standardisation of DAQ systems with regard to EMC”-Haasz, V.; Schumny, H.-Measurement-June 2002-pp.223-230.
[37] “Influence of disturbance on measurement precision using AD plug-in boards”-Haasz, V.; Pištínek, F.-Measurement-Sept. 2000-pp.115-122.
[38] “Linearization of nonlinear dynamic systems”-Schoukens, J. et al.-IEEE Tr.on IM-Aug.2004-pp.1245-1248.
[39] “Identification of Volterra kernels using interpolation”-Nemeth, J.G.; Kollar, I.; Schoukens, J.-IEEE Tr.on IM-Aug.2002-pp.770-775.
[40] “An identification technique for data acquisition characterization in the presence of nonlinear distortions and time base distortions”-Vandersteen, G.; Rolain, Y.; Schoukens, J.-IEEE Tr.on IM-Oct.2001-pp.1355-1363.
[41] “Static nonlinearity testing of digital-to-analog converters”-Vargha, B.; Schoukens, J.; Rolain, Y.-IEEE Tr.on IM-Oct.2001-pp.1283-1288.
[42] “Signal reconstruction for non-equidistant finite length sample sets: a “KIS” approach”-Rolain, Y.; Schoukens, J.; Vandersteen, G.-IEEE Tr.on IM-Oct.1998-pp.1046-1052.
[43] “A sinewave fitting procedure for characterizing data acquisition channels in the presence of time base distortion and time jitter”-Schoukens, J.; Pintelon, R.; Vandersteen, G.-IEEE Tr.on IM-Aug.1997-pp.1005-1010.
[44] “Study of the influence of clock instabilities in synchronized data acquisition systems”-Schoukens, J.; Louage, F.; Rolain, Y.-IEEE Tr.on IM-April 1996-pp.601-604.
[45] “An improved sine-wave fitting procedure for characterizing data acquisition channels”-Pintelon, R.; Schoukens, J.-IEEE Tr.on IM-April 1996-pp.588-593.
[46] “A critical note on histogram testing of data acquisition channels”-Schoukens, J.-IEEE Tr.on IM-Aug.1995-pp.860-863.
[47] “DNL ADC testing by the exponential shaped voltage”-Holcer, R.; Michaeli, L.; Saliga, J.
- IEEE Tr.on IM-June 2003-pp.946-949.
[48] “A new bidimensional histogram for the dynamic characterization of ADCs”-Acunto, S. et al.-IEEE Tr.on IM-Feb.2003-pp.38-45.
[49] “Using sine wave histograms to estimate analog-to-digital converter dynamic error functions”-Larrabee, J.; Irons, F.H.Hummels, D.M.-IEEE Tr.on IM-Dec.1998-pp.1448-1456.
[50] “Quantization effects in the polyphase N-path IIR structure”-Krukowski, A.; Morling, R.C.S.; Kale, I.-IEEE Tr.on IM-Dec.2002-pp.1271-1278.
[51] “Efficient architectures for time-interleaved oversampling delta-sigma converters”-Kozak, M.; Karaman, M.; Kale, I.-IEEE Tr.on Circuits and Systems II-Aug.2000-pp.802-810.
[52] “Novel topologies for time-interleaved delta-sigma modulators”-Kozak, M.; Kale, I.-IEEE Tr.on Circuits and Systems II-July 2000-pp.639-654.
[53] “Narrow-band variable center frequency single-loop and multistage sigma-delta modulators for bandpass signals”-Al-Janabi, M.; Kale, I.; Morling, R.C.S.-IEEE Tr.on IM-Oct.1999-pp.873-877.

Programma di ricerca

SVILUPPO DI METODI INNOVATIVI PER LA CARATTERIZZAZIONE, MODELLIZZAZIONE E CORREZIONE DELLE NON IDEALITA' DI CANALI DI CONVERSIONE A/D E D/A, AL FINE DI CONTRIBUIRE ALL'ARMONIZZAZIONE ED ALL'AGGIORNAMENTO DELLA NORMATIVA INTERNAZIONALE DEL SETTORE
Università di riferimento
Politecnico di BARI - ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA - ()
Responsabile dell'Unità di ricerca
Mario Savino
Descrizione
PROGRAMMI E FASI DELLA RICERCA

La prima fase del programma di ricerca consiste soprattutto in una necessaria verifica sperimentale di metodi avanzati di analisi e di correzione degli errori già proposti in letteratura, allo scopo di determinare i loro effettivi limiti e di lavorare a loro estensioni e miglioramenti. Naturalmente già in questa prima fase la ricerca può portare allo sviluppo di miglioramenti o di metodi radicalmente nuovi, che sono però più propriamente obiettivi della seconda fase. In questa prima fase inizia anche la stesura della norma nazionale prevista tra gli obiettivi della ricerca.
Sempre nella prima fase si intende sviluppare, sia con metodi matematico-formali, sia con simulazioni numeriche, uno studio dell’incertezza di misura associata agli errori di conversione più complessi. Ciò è preliminare alla individuazione di figure di merito appropriate ad una buona qualificazione di canali di conversione A/D e D/A.
L’attività di ricerca intende partire dal problema della presenza congiunta dei due tipi di errori che provocano la produzione di armoniche fuori fase (ci si riferisce al caso tipico di segnale di prova di tipo sinusoidale): le nonlinearità della base dei tempi, e le nonlinearità dinamiche dipendenti dall’ampiezza. Dei lavori già svolti su questo argomento sono particolarmente interessanti, ad esempio, i [40] e [42], ad opera di ricercatori belgi. Una difficoltà pratica dell’algoritmo di identificazione/correzione proposto in questi lavori è la necessità di prevedere, con una qualche accuratezza, il numero di armoniche che il canale di conversione genererebbe in assenza di distorsione della base dei tempi. Questo numero può variare da una decina fino al centinaio e oltre, è la questione è stata indagata dall’unità di ricerca di Bari in lavori precedenti ([1], [2], [3]). Anche la questione della convergenza dell’algoritmo necessita ulteriore indagine. L’obiettivo è sviluppare un algoritmo efficiente e stabile che stimi precisamente gli errori non lineari nel tempo e nelle ampiezze.
Altre attività di ricerca della sede di Bari, in questa fase del lavoro, sono:
- indagare sulla combinazione di linearizzazione e dither per la rimozione completa degli errori di tipo non lineare in ampiezza (riprendendo, ad esempio, i lavori [2], [27], [48])
- in collaborazione con l’unità di Bologna, indagare sulla identificazione e correzione degli errori nonlineari di ampiezza mediante l’uso dei nuclei di Volterra (si vedano i lavori [15], [16], [38], [39];
- indagare sull’espressione dell’incertezza di misura da associarsi, a norma GUM [25], alle misure eseguite da strumenti con conversione A/D non lineare e dithering.
Il lavoro svolto dalla sede in questa fase dovrà essere trascritto nella bozza di norma nazionale elencata tra gli obiettivi del programma di ricerca. Compito della sede in questa fase sarà anche, in collaborazione con le altre sedi, fissare la struttura di fondo della norma.

La seconda fase del programma di ricerca prevede, sulla base del lavoro condotto durante la prima parte:
- la messa a punto di tecniche di misura e correzione degli errori completamente innovative, che colmino le lacune di quelle esistenti;
- la stesura definitiva di un documento normativo che descriva, in modo univoco e uniforme, i metodi ottimali di misura e correzione degli errori;
- la proposta, agli enti più autorevoli a livello internazionale (in particolare, ma non solo, l’IEEE), di includere in Standard internazionali i metodi e le figure di merito individuate nell’ambito del progetto di ricerca.
Poiché i contenuti del lavoro da svolgersi in questa fase dipendono abbastanza fortemente dagli esiti della prima, e costituiscono il contributo più fortemente originale, la descrizione delle attività previste è necessariamente meno specifica.
In questa seconda fase la sede di Bari intende quindi lavorare in primo luogo ad una completa identificazione di tipo “black-box” dei canali di conversione A/D e D/A. Il tipo di approccio che si intende seguire è volutamente indipendente dalla tecnologia, poiché si vogliono sviluppare, nei limiti del possibile, metodi universali di caratterizzazione e correzione degli errori. Lo studio di metodi più strettamente legati alla particolare tecnologia è demandato ad altre unità di ricerca (in particolare Benevento).
Con analogo approccio, l’unità di Bari intende mettere a punto, nella seconda parte del lavoro, metodi formali per caratterizzare esattamente le prestazioni dei canali di conversione in termini di incertezza. L’idea è che, dopo aver determinato un modello d’errore completo del canale di conversione, deve essere possibile prevedere – e quantificare opportunamente – con grande precisione la “distanza” tra i due segnali all’uscita e all’ingresso del canale di conversione.
Questo lavoro sarà, naturalmente, incluso nella versione definitiva della norma nazionale sulla caratterizzazione e correzione degli errori nei convertitori, che costituisce uno dei principali obiettivi della ricerca.

RISULTATI PARZIALI ATTESI

Nella prima fase ci si attende in primo luogo di ricavare un quadro chiaro di quali metodi di prova sono efficaci, e quali no, per la misura e la rimozione degli errori di conversione. In altre parole, l’analisi delle più sofisticate tecniche esistenti deve portare a capire quali di esse sono effettivamente suscettibili di diventare standard, e con quali eventuali modifiche. Un altro obiettivo è incrementare la comprensione teorica dell’effetto degli errori di conversione sull’incertezza. Naturalmente è perfettamente possibile che, già nella prima fase, vengano messi a punto metodi radicalmente nuovi: tuttavia lo scopo primario, e quindi il risultato primario, di questa fase del lavoro devono essere le verifiche sperimentali (anche interlaboratorio, e anche coinvolgendo laboratori p. es. europei e statunitensi), e l’individuazione delle metodologie più promettenti su cui lavorare nella fase 2. I risultati di questa indagine saranno comunicati in congressi internazionali e pubblicati su riviste internazionali, nonché riportati nella prima bozza di norma nazionale sulla caratterizzazione e ottimizzazione dei convertitori.

Il primo risultato atteso dalla seconda fase è un insieme di metodologie innovative, di misura e correzione degli errori, pronte per essere pubblicate su riviste scientifiche internazionali, essere incluse in uno Standard nazionale prodotto nell’ambito del progetto di ricerca, essere incluse, in futuro, in Standard Internazionali IEEE, essere adottate dai costruttori di strumentazione e di apparecchiature elettroniche facenti uso di conversione A/D e D/A.
Queste metodologie devono fare riferimento, ovviamente, agli errori di più difficile descrizione matematica, su cui lo stato dell’arte (sopra descritto) è ancora insufficiente. Ci si attende, in particolare, che siano messe a punto metodologie radicalmente nuove riguardo agli errori nella conversione D/A, su cui le conoscenze sono, attualmente, sensibilmente minori rispetto alla conversione A/D.
Il secondo risultato atteso è una estensione dei metodi di valutazione dell’incertezza, quali sono descritti nella GUM [25], al caso di conversione A/D e D/A di segnali dinamici. L’obiettivo è indurre negli utenti una migliore “cultura” dell’incertezza, superando l’approccio semplicistico, attualmente troppo diffuso, di portare in conto ai fini dell’incertezza i soli errori di ampiezza statici e deterministici (guadagno, offset, INL), ignorando rumore, errori dinamici, errori della base dei tempi, ecc.