Файл: Приемопередатчик сигналов с многочастотной квадратурной амплитудной манипуляцией.pdf

80
Площадь металлизации наружных слоев 0,03 кв. дм. Вид печатной платы представлен на рисунках 8.1 и 8.2. Таблица сверловки и защитные слои приведены в приложение H.
Рисунок 8.1 – Вид печатной платы, слой 1
Рисунок 8.2 – Вид печатной платы, слой 2
Далее этот блок будет крепиться к устройству, что позволяет в случае повреждения или поломки просто заменить его новым.

81 9. ВЫБОР, ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ УЗЛОВ УСТРОЙСТВА
Принципиальная схема данного устройства реализована на программируемых логических интегральных системах (ПЛИС) и микропроцессорах с элементами памяти, который позволяет выполнять математические операции при формировании сигналов для передачи и приема. В систему так же включены АЦП и ЦАП для формирования выходного и входного сигнала. Система так же имеет в себе USB интерфейс для связи с персональным компьютером.
9.1 Трансформатор питания системы.
Основные параметры трансформатора приводятся в таблице 9.1
Таблица 9.1 – Параметры трансформатора
Параметр
Значение
Входное напряжение
220,0 В
Выходное напряжение
11,0 В
Выходной ток
2,50 А
В системе используется Ш – образный магнитопровод со следующими данными, табл. 9.2
Таблица 9.2 – Параметры магниопровода
Параметр
Значение
Ширина керна (a)
2,1 см
Ширина окна (b)
1,2 см

82
Продолжение таблицы 9.2
Толщина пакета (c)
4 см
Высота окна (h)
2,6 см
Блок питания данного устройства реализован на основе двойного преобразования напряжения. Это не обходимо для питания системы так как разные контакты ЦАП / АЦП и других элементов требуют подачи различного значения напряжения. В данной схеме напряжение питания изменяется с помощью трансформатора и преобразуется из 220В в 11В, а за тем уже он преобразуется в 5В, 3,3В и 1,5В с помощью стандартных микросхем. Блок трансформатора построен следующем образом его функциональная схема приведена на рисунке 8.1
Рисунок 9.1 Блок первичного преобразования питания
Данный блок содержит в себе сетевой трансформатор, диодный выпрямитель состоящий из диодов VD1 – VD4 и сглаживающий конденсатор емкости С1.
К дополнительным (вспомогательным) устройствам в данном блоке относятся ключ SA1 и предохранитель FU1.
Габариты и масса и масса сетевого трансформатора полностью зависят от требуемой мощности определяемые по формуле 7.1
, (9,1)

83
В случае рассмотрения системы общая мощность считается путем сложения потребляемой мощности абсолютно всех активных элементов. В начале рассчитаем P
выпр
по формуле 8,2
Вт, (9,2) где U
пp
- прямое падение напряжения на одном диоде, для кремниевых диодов оно составляет 0,6 В, в зависимости от тока

84 см
4
Где Q
о
– Площадь окна магнитопровода, приходящаяся на обмотки одного стержня, см
2
;
η – коэффициент полезного действия трансформатора; s – число стержней, несущих обмотки; k
m
– коэффициент заполнения окна медью обмотки.
Оценим габаритные параметры имеющегося сердечника по формуле 9,9:
см
4
(9,9)
Находим число витков обмоток находится из выражения (8,10) и (8,11): витков (9,10)
Где: f – частота питающей сети;
B – магнитная индукция в магнитопроводе, Тл;
Q
с
– Полное сечение стержня магнитопровода, см
2
;
k
c
– коэффициент заполнения магнитопровода сталью. витков (9,11)
Далее находим минимальные диаметры проводов по формуле (8,12):
(9,12)
Где: d – диаметр провода без изоляции, мм;
I – ток, текущий по обмотке, А;
J – плотность тока в обмотках, измеряемая в амперах на квадратный миллиметр сечения провода (без изоляции), А/мм
2

85
В качестве проводов берем ПЭВ-2 0,18 мм и 1,09 мм соответственно.
Проверяем коэффициент заполнения окна медью(9,14):
(9,14)
Полученные значения приведены в таблице 9.3
Таблица.9.3 Намоточные данные
Параметр
Значение
Входное напряжение
220 В
Выходное напряжение
11 В
Выходной ток
2,5 А
Число витков первичной обмотки
1575 витков
Число витков вторичной обмотки
197 витков
Диаметр первичной обмотки по меди
0,18 мм
Диаметр вторичной обмотки по меди
1,09 мм
Далее из этих параметров выберем подходящую нам микросхему для дальнейшего преобразования тока, который будет питать определенные контакты устройств системы. Для преобразования напряжения с 11В в нужные используем стандартную DC-DC микросхемы. Для преобразования напряжения 11В в 5В используем микросхему MAX710. Из 5В в 3,3В и 1,5В используем TPS70848.
9.1.1.1 Расчет малошумящего усилителя
Этот усилитель имеет важную роль в системе, он усиливает сигнал на передачу его через канал связи. В качества малошумящего усилителя (LNA) была выбрана микросхема Agilent Technologies (Avago) типа MGA-85563.

86
Она имеет достаточно большой коэффициент усиления 16 дБ, низкий коэффициент шума 1,6 дБ и удобна в использовании. В ней на одном кристалле размещены 2 каскада усиления вместе с встроенной схемой смещения. Имеется возможность подсоединения внешнего резистора для регулировки тока смещения с целью достижения большей линейности усилителя. Как показано на Рисунке 8.3, выход микросхемы подсоединен к источнику питания +3 В посредством радиочастотной катушки индуктивности с реактивным сопротивлением 270 Ом. Чем больше величина индуктивного сопротивления, тем лучше развязка между источником питания и выходным сопротивлением 50 Ом.
Рисунок 9.3. Схема LNA.
Вход микросхемы на частоте 5,25 ГГц не согласован с 50-омной линией. Поэтому необходимо рассчитать согласующую схему, которая бы трансформировала входной импеданс микросхемы к 50-ти Омам. Для реализации такого трансформатора подходят миниатюрные реактивные компоненты. Но они должны быть очень точно расположены, а трансформирующая схема спроектирована с учетом всех паразитных реактивностей монтажа. Поэтому легче реализовать согласование на отрезках линий передачи. Поскольку или
LNA отличаются от нуля, включение

87 между входом микросхемы и линией 50 Ом любого отрезка линии передачи приведет к повороту на Г- плоскости.
Как следует из параметров микросхемы, на частоте 5,25 ГГц сопряженный с LNA коэффициент отражения равен:


 116 1
Г
Поскольку длина волны

соответствует двойному повороту в плоскости Г, длина линии будет равна:
7
,
2 360 2
))
180
(
116
(










d
, мм (9,15)
В результате подключения этого отрезка линии получим новый коэффициент отражения Г
L
, который имеет только действительную величину. Следующим шагом будет согласование полученного Z
L
с передающей линией 50 Ом. Величину Z
L
определим по формуле:



18
n
O
L
Z
Z
Z
(9,16)
Импеданс 18 Ом может быть преобразован к 50 Ом с помощью четвертьволнового трансформатора, характеристическое сопротивление которого определим по формуле:



30
L
O
qw
Z
Z
Z
(9,17)
Длина и ширина линий передачи определяется исходя из диэлектрических параметров материала линии передачи и толщины металла по известным формулам.
В нашем случае потребуется линия с волновым сопротивлением не 30 Ом, а 35 Ом. Дело в том, что входной импеданс 50 Ом не соответствует импедансу, необходимому для получения минимального коэффициента шума. Отличающийся от 50 Ом входной импеданс, получаемый при трансформации с помощью отрезка с волновым сопротивлением 35 Ом, может заметно улучшить или ухудшить коэффициент шума LNA. Это

88 зависит от выходного импеданса входной цепи приемника (от того, насколько он будет отличаться от 50 Ом).

89 10. РАСЧЕТ СЕБЕСТОЙМОСТИ И ЦЕНЫ УСТРОЙСТВА.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ БЕЗУБЫТОЧНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА
Последние достижения в технике преобразования данных и проектировании радиочастотных схем открывают новую область для исследований, направленных на реализацию высокоскоростных трансиверов.
Исследователи хотят знать, каких максимальных скоростей передачи данных по беспроводному каналу можно достичь.
Многие проводные и беспроводные стандарты используют OFDM для различных приложений. Например, OFDM это основа для глобального стандарта ассиметричной цифровой абонентской линии (ADSL) и для цифрового радиовещания (DAB) на Европейском рынке телекоммуникаций.
В беспроводных сетях, OFDM это основа стандартов IEEE 802.11a и стандарт HiperLAN/2. Главное различие в использовании заключается в способе свёрточного кодирования.
Индустрия беспроводных сетей значительно возросла за последние годы. На сегодняшний день существует и появляется множество компаний, развивающих высокоскоростные беспроводные сети для предоставления услуг передачи мультимедиа приложений. Более высокие скорости передачи данных и надёжность систем с OFDM позволяет беспроводным сетям поддерживать высокоскоростные приложения на больших площадях, где среда распространения хоть немного подходит для радиопередачи.
Идеальное применение для OFDM – это создание беспроводных сетей конфигурации точка-точка и точка-многоточие. Фактически, большинство зарождающихся продуктов, основанных на OFDM, предоставляют такую возможность. Множество беспроводных MAN сетей, основанных на OFDM, начали появляться на рынке в начале 2001 года. WLAN системы, основанные на OFDM, тем не менее, ограничены в своём количестве, в виду

90 использования комбинаций множества частот с относительно низкой мощностью.
Это делает проблематичным поддержание допустимого уровня сигнал- шум (SNR) на больших расстояниях в данных системах. Как результат, сравнительно высокое количество точек доступа необходимо для обеспечения достаточного радио покрытия с целью поддержания мобильности на местности. Держа это на уме, поставщики OFDM технологии должны подождать до тех пор, пока не снизятся цены на беспроводные сети с
OFDM.
Предложенная конструкция изделия имеет высокую надежность и стабильность параметров. Планируемый объем производства 100 штук в год.
В данном разделе произведен технико – экономический расчет себестоимости и цены системы питания OFDM трансивера, расчет ТКОП и эксплуатационных затрат.
10.1 Расчёт себестоимости и цены устройства.
В расходы по этой статье включается стоимость сырья, основных и вспомогательных материалов, необходимых для производства системы.
Расчет затрат приведен в таблице 8.1
Таблица 10.1 Затраты на сырьё и основные материалы.
№ п/п
Наименование материала
Единица измерен.
Цена за единицу, руб.
Расход на разраб.
Сумма руб.
1.
Лак УР – 231 кг
145,6 0,025 3,64 2.
Клей ВК - 9 кг
172 0,015 2,58 3.
Стеклотекст. фольгирован. м
2 226,8 0,007 1,58

91
Продолжение таблицы 10.1 4.
Припой ПОС-61 кг
295,2 0,056 16,53 5.
Бязь м
2 18,6 0,02 0,372 6.
Нефрас л
32,07 0,05 1,6 7.
Флюс ФКСп кг
70 0,05 3,5 8.
Фторопласт ФАФ-4Д м
2 220 0,3 66 9.
Стеклопластик РСТ-250Л м
2 30 1
30
Итого
125,8
Транспортно-заготовительные расходы 3%
3,8
Всего
129,6
С учётом транспортно-заготовительных расходов:
M
M
M
ОБЩ
%
3


(10,1)
6
,
129 8
,
125 0,03 8
,
5 2
1




ОБЩ
M
руб.
Расчёт затрат на покупные полуфабрикаты и комплектующие.
В расходы по этой статье включается стоимость сырья, основных и вспомогательных материалов, необходимых для производства изделия.
Расчет затрат приведен в таблице 10.2
Таблица 10.2 Затраты на покупные полуфабрикаты и комплектующие
№ п/п
Наименование покупных комплектующих и полуфабрикатов
Цена за единицу в рублях
Расход на разработку в шт.
Сумма в рублях
1
ИМС TPS70848PWP
420 1
420 2
ИМС MAX710 224 1
224 3
Резистор VIKING 1.5 МОм+/-
5%-0.1 Вт-0805 0,4 3
1,2

92
Продолжение таблицы 10.
4
Резистор
VIKING 240 КОм+/-
5%-0.1 Вт-0805 0,4 9
3,6 5
Резистор
VIKING 30,1 КОм+/-
1%-0.1 Вт-0805 0,4 3
1,2 6
Резистор
VIKING 9,31 КОм+/-
1%-0.1 Вт-0805 0,4 3
1,2 7
ИМС XCR3032XL
560 2
1120 8
ИМС TMS320VC5416 840 2
1680 9
ИМС AM29LV160B
30000 2
60000 10
ИМС AD9753 1700 1
1700 11
ИМС MAX 710 180 1
180 12
ИМС TPS70848 120 1
120 13
ИМС MGA85563 113 1
113 14
ИМС AD9480 3415 1
3415 15
ИМС MAX2841 680 1
680 16
Резистор
VIKING 54,1 КОм+/-
1%-0.1 Вт-0805 0,4 3
1,2 17
Конденсатор TECAP 4.7 мкФ-
16В-B +/-10% (танталовый)
7,6 4
30,4 18
Конденсатор TECAP 100 мкФ-
16В-B +/-10% (танталовый)
34 8
272 19
Конденсатор MURATA 1 мкФ-
16В-B +/-10% X7R
2,8 4
11,2 20
Конденсатор
MURATA
0.1 мкФ-50В-X7R-0805 +/-10%
2,4 8
19,2 21
Конденсатор TECAP 10 мкФ-
16В-B +/-10% (танталовый)
34 8
272

93
Продолжение таблицы 10.2 22
Дроссель SIMID 04 1.0 мкН
31 3
93 23
Диод MBRS130LT3 30 1
30 24
Диоды Д818А
1,50 4
6 25
Резонатор HC-66U
282 1
282 26
Трансформатор ТП124-5 530 1
530 27
Разъем USB 3.0 А
52 2
104 28
Тумблер
1 15 15
Итого:
71325,2
Транспортно-заготовительные расходы 3%:
2139,77
Всего:
73464,9
С учётом транспортно-заготовительных расходов:
Пф
Пф
Пф
ОБЩ
%
3


(10,2)
9
,
73464 2
,
71325 0,03 2
,
71325




ОБЩ
Пф
руб.
Расчёт заработной платы производственных рабочих.
Расчёт заработной платы основных рабочих производят исходя из нормы времени на сборку, монтаж и наладку изделия по тарифным ставкам.
Результаты сведены в таблицу 9.3
Таблица 10.3Заработная плата основных рабочих
№ п/п
Виды работ
Часовая тарифная ставка исполнителей, руб.
Трудоемк. в часах
Сумма в руб.
1.
Слесарные
150 0,7 105