Проектирование судового радиоприёмного устройства

Согласованные ПЗС фильтры комплексного сигнала .выполняются по классической схеме где в качестве СФ_С и СФ_S применяются фильтры типа изображенных на рис. 11, согласованные с действительной и мнимой составляющей входного сигнала.

Наиболее простую структуру имеет фильтр, согласованный с псевдослучайной импульсной последовательностью. Коэффициенты такого фильтра принимают только два значения + 1 или -- 1, число элементов задержки равно числу импульсов в псевдослучайной последовательности. Для получения таких коэффициентов обычно соответствующий считывающий электрод в зависимости от знака коэффициента присоединяется к одной из суммирующих шин «плюс» или «минус». Сигналы с этих шин подаются на дифференциальный усилитель, где и происходит окончательное их суммирование с учетом знаков (рис. 13).

На одном кристалле, кроме ПЗС, расположены схемы согласования ТТЛ- и МОП- логики, формирователи тактовых импульсов, усилители считывания, выходные амплитудные детекторы.

Иначе реализована схема программируемого фильтра с двоичными коэффициентами на 32 элемента задержки в ИС К528ХК1 (табл.1). В отличие от предыдущего фильтра аналоговый сигнал не перемещается по аналоговому регистру, а записывается последовательное каждую ячейку памяти двухканального аналогового ЗУ с помощью селектора (сканирующего регистра записи и соответствующих переключателей). Синхронно с записью вдоль регистра кода коэффициентов (динамического цифрового сдвигового регистра) перемещаются значения двоичных коэффициентов, которые через буферный регистр с помощью МОП переключателей считывают (без разрушения) информацию о выборке сигнала на шину «плюс» или «минус» внешнего сумматора. Считывание производится в противофазе одновременно с обоих аналоговых ЗУ. Достоинством этого метода является возможность наращивания длины фильтра путем каскадного включения без искажения сигнала, так как здесь отсутствует передача сигнала с фильтра на фильтр. Максимальная длина фильтра определяется временем хранения аналогового сигнала в ячейках памяти, которое составляет 75 мс.

Рис. 12. Амплитудно-частотная характеристика 32-коэффициентного ФНЧ (а) и соответствующая импульсная характеристика (б)

Рис.13. Программируемый фильтр, согласованный с псевдошумом

Рис,14. Структурная схема и схема включения ИС К528ХК

Фильтр управляется от внешнего формирователя тактовых и управляющих сигналов Г1 импульсами амплитудой + 15 В.

Рис.. Структурная схема анализатора спектра, выполненного на одной ИС

Микросхему К528ХК1 можно использовать в качестве согласованного фильтра и при произвольных значениях весовых коэффициентов, если представить каждый коэффициент в виде k_l = k_{l n}2ⁿ + k_{l n-1} 2^n-1 + ... + k_{l 0} 2⁰, где k_{l i} = ± 1. Для получения отсчета при умножении выборки сигнала на коэффициент k_l эта выборка умножается в n + 1 параллельно включенных фильтрах соответственно на коэффициенты k_{l n},..., k_{l 0}, после чего результат суммируется во внешнем сумматоре с весовыми коэффициентами соответственно 1 ... 1/2ⁿ.

Неточность весовых коэффициентов в согласованных фильтрах проявляется слабее, чем в обычных частотных фильтрах. Это объясняется тем, что согласованные фильтры оптимизированы по максимальному отношению Р_С /Р_Ш и, следовательно, производная этого отношения по любому из весовых коэффициентов фильтра равна нулю.

Устройства на ППЗ позволяют осуществлять преобразование Фурье, которое используется в анализаторах спектра, схемах обнаружения сигнала, частотных фильтрах и т. п. Для этого применяется алгоритм, основанный на согласованной фильтрации сигнала, предварительно гетеродинированного с помощью ЛЧМ колебания. В ИС входят четыре ЦАП, выполняющих роль перемножителей входного и опорного сигналов (МЦАП), сумматоры на ОУ, четыре ПЗС фильтра Ф1 и Ф2, согласованных с квадратурными составляющими сигнала (рис.15). Число коэффициентов в фильтрах -- 32, максимальная тактовая частота 1 МГц. Особенностью устройства является хранение квадратурных составляющих ЛЧМ опорного сигнала в цифровой форме в памяти микросхемы, откуда они подаются на МЦАП. Для вычисления составляющих спектра входного сигнала добавлены внешние сумматор и квадраторы. Входящие в ИС два дополнительных МЦАП позволяют организовать обработку комплексного входного сигнала или восстановление на выходе частоты спектральных компонент входного сигнала.Возможность внешнего программирования фильтров на ПЗС позволяет создавать на основе этих фильтров адаптивные компенсаторы помех. Адаптивный компенсатор помех является оптимальным фильтром, минимизирующим среднеквадратическую погрешность в воспроизведении сигнала и обладающим возможностью адаптации к сигналу и помехе. Компенсаторы помех применяются при передаче речевого сигнала, фильтрации узкополосного сигнала на фоне широкополосной помехи и т. п., где есть возможность принять сигнал помехи отдельно от полезного сигнала.

Динамические емкостные фильтры

Динамические емкостные фильтры (ДЕФ) выполняются на основе МОП- емкостей и МОП- переключателей, управляемых внешними тактовыми импульсами. В отличие от БИС на основе ПЗС ДЕФ являются ИС среднего уровня интеграции. Обычно ДЕФ реализуются в виде рекурсивных фильтров, поэтому они не требуют большого числа элементов задержки. Стабильность параметров фильтров определяется внешней тактовой частотой и отношением МОП- емкостей, что достаточно просто реализуется в ИС.

Использование этого принципа привело в настоящее время к ряду других разработок на основе емкостей и. переключателей: АЦП и ЦАП на емкостях, управляемых цифровым сигналом аттенюаторов и т. п.

При синтезе ДЕФ используют различные методы. По одному из них ДЕФ строится путем моделирования классических схем цифровых фильтров. Однако подобная реализация имеет повышенную чувствительность к изменению параметров элементов. Другой метод исходит из представления емкости с пере ключателем в виде эквивалентного резистора с параметрами Rc = 1/Сfт( где fт -- частота переключения. Фильтр синтезируется на основе активного RC-фильтра путем замены резисторов коммутируемыми емкостями.

Рис.16. Схема аналогового дифференциального интегратора (а) и эквивалентного ему интегратора на коммутируемых емкостях (б)

Рис. 17. Схема включения ИС К1П1ФН1 (а) и амплитудно-частотная характеристика ее (б).

Например аналоговый дифференциальный интегратор (рис. 4.28, а) заменяется эквивалентным ему интегратором на коммутируемых емкостях (рис.16, б). Если рабочая частота фильтра много меньше fт амплитудно-частотная характеристика ДЕФ полностью совпадает с амплитудно-частотной характеристикой активного RC-эквивалента.

Максимальные тактовые частоты ДЕФ определяются частотными свойствами МДП- усилителей и составляют 2 ... 5 МГц,

В табл. 1 (рис.17) приведены основные данные ИС КШ1ФН1, являющейся ФНЧ на коммутируемых емкостях и содержащей два ФНЧ 4-го порядка, перестраиваемых изменением тактовой частоты, и внутренние формирователи тактовых импульсов. Формирователь управляется двумя внешними последовательностями импульсов u_Т1, u_Т2 тактовой частоты, сдвинутыми относительно друг друга на половину периода следования, амплитудой 5 В.

Таблица 4.8.

Заключение

В данном курсовом проекте, в соответствии с заданием, спроектирован УКВ радиоканал цифровой радиосвязи с разработкой радиоприемного устройства и с электрическим расчетом усилителя радиочастоты. Проведен энергетический расчет радиоканала.

После выбора схемы электрической структурной радиоприемника обоснованы параметры не указанные в задании на курсовое проектирование.

На этапе разработке схемы электрической функциональной установлены общие принципы функционирования отдельных блоков и всего радиоприемника в целом. Уяснена роль и назначение его отдельных элементов.

На основе схемы электрической функциональной была разработана схема электрическая принципиальная всего радиоприемника. На этом этапе, на основе электрического расчета, также были выбраны полупроводниковые элементы, используемые в схеме.

Разработанное радиоприемное устройство можно целесообразно использовать в военном направлении, так как его характеристики удовлетворяют требованиям предъявляемым к аппаратуре боевого управления, в частности на машине связи.

Дальность связи позволяет использовать данное радиоприемное устройство в позиционном районе ракетного полка для приема сигналов оперативного управления. В тоже время вероятность доведения и трансформации , а также высокая избирательность, позволяют использовать данное радиоприемное устройство для приема сигналов АСБУ.

Рабочий диапазон частот позволяет произвести сопряжение разработанного радиоприемного устройства с другими радиосредствами РК.

Была выбрана неоптимальная с точки зрения элементной базы принципиальная схема. Более целесообразной могла стать схема приемника на одной микросхеме. Например: К174ХА10. Поставленная задача решена полностью. Разработанная схема приемника соответствует требованиям технического задания

Литература

1. Бобров Н.В., Москва, «Радио и связь», 1981 г., « Расчет радиоприемников».

2. Екимов В.Д,, Павлов П.Н., Связь, 1970 г., «Проектирование РПМИ».

3. Злобин В.И. и др., Серпухов, 1985 г., «Радиопередающие и радиоприемные устройства».

4. Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1994 г., «Радиопередающие устройства».

5. Зеленевский В.В., и др., Серпухов, 1992 г., «Проектирование цифровых каналов связи».

6. Хиленко В.И., Малахов Б.М., Москва, «Радио и связь», 1991 г., «Радиоприемные устройства».