Файл: Курсовой проект радиотракты комплексов радиосвязи и цифрового радиовещания Вариант 08 ст гр. Иктв96 Михайлов И. А.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 95
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
,
Пусть при
Emin= 25 мкВ – чувствительности приемника по ТЗ,
примем
= 45 дБ – отношение сигнал-шум на входе АЦП,
после перевода в «разы» = 
,
– постоянная Больцмана,
– сопротивление антенны (из задания),
– шумовая температура антенны,
– рабочая температура,
= 
Гц – центральная частота полосы сигналов ПЧ,
- полоса рабочих частот,
ширина спектра полезного сигнала,
примем DВХ = 50 дБ – динамический диапазон входного сигнала
N=1, равное количеству каналов радиовещания.
Зная, что полоса частот для этого фильтра на уровне - 60 дБ равна
находим:
.
Рассчитаем допустимое увеличение общего коэффициента шума за счет цифровой обработки:
Необходимо, чтобы требования к шумовым свойствам аналогового и цифрового трактов были согласованы, поэтому целесообразно иметь
1,…2. Из-за неправильно подобранного фильтра (ФСИ) СОГЛАСОВАНИЯ аналогового и цифрового трактов НЕТ.
Далее найдем мощность шума на входе АЦП при условии согласования АЦП с аналоговым трактом по сопротивлению:
Шаг квантования при учете эффективной разрядности АЦП:
,
где А = 2,2 В – это апертура АЦП,
а разрядность АЦП составляет n=12 бит.
Тогда шаг квантования равен:
В.
Мощность шумов квантования определим исходя из предположения о равномерном распределении шума квантования:
,
тогда при RАЦП = 500 Ом:
.
Коэффициент шума АЦП равен:
;
Так как входное сопротивление АЦП не равно выходному сопротивлению аналогового тракта, то необходимо согласование. В качестве согласующей цепи можно применить повышающий НЧ трансформатор, отличающий небольшими габаритами, малым коэффициентом потерь и получением любого коэффициента трансформации. Кроме того, данный трансформатор можно согласовать с полосой рабочих частот и дополнительно уменьшить помехи.
Коэффициент трансформации согласующей цепи:
.
Тогда шаг квантования изменяется:
В
Коэффициент усиления аналоговой части выбирается с тем расчетом, чтобы вклад цифровой части в шумы был сравним с вкладом аналоговой части. При этом АЦП вносит наибольшие шумы из всей цифровой части (по аналогии с первыми каскадами УРЧ), т.к. последующие процессоры имеют большую разрядность.
,
.
Проверим полученный коэффициент шума приемника и сравним его с допустимым коэффициентом, рассчитанным выше:
.
Получен коэффициент шума приемника
, что МЕНЬШЕ, чем полученный теоретически
.
Проверим отношение сигнал-шум на выходе приемника без учета шумов последующей цифровой обработки:
= 773 (29 дБ).
Полученное значение отношение сигнал-шум на выходе приемника без учета шумов последующей цифровой обработки является приемлемым.
Расчет динамического диапазона уровней квантования необходим для оценки корректной работы АЦП, т.к. при большом уровне входного сигнала АЦП, выходящего за его апертуру, возможны искажения выходного сигнала.
Уровень максимального сигнала находится из предположения, что во всех каналах приема находится сигнал:
,
где DВХ – динамический диапазон входного сигнала.
Рассмотрим пример, когда
.
,
Тогда
В.
Рассчитаем число уровней квантования, необходимое для преобразования в АЦП минимального и максимального сигнала:
.
Анализируя значение
, необходимо отметить, что представление ошибок квантования некоторым эквивалентным шумом справедливо, когда число уровней квантования достаточно велико 
.
,
где Кф = 3 - коэффициент формы входных сигналов.
Максимальное значение уровней квантования НЕ превышает значение выбранного АЦП (
, поэтому НЕТ необходимость введения автоматической регулировки усиления.
Для осуществления аналого-цифрового преобразования и последующей обработки принятого в рабочей полосе частот сигнала можно использовать12-битный АЦП с частотой дискретизации 550 МГц ADS54RF63 (рис. 7).
Рис. 7. 12-битный АЦП с частотой дискретизации 550 МГц ADS54RF63
Отличительные особенности ADS54RF63:
2-битный АЦП с частотой дискретизации 550 МГц
Особенности:
Разрешение 12 бит
Интегрированный аналоговый буфер
Производительность 550 MSPS (млн. преобразований в сек.)
Соотношение сигнал/шум 62.5 dBFS
Свободный от искажений динамический диапазон 70dBc (на частоте 900МГц)
Полоса пропускания 2.3 ГГц
LVDS-совместимые выходы
Задержка прохождения сигнала 3.5 такта
Общая рассеиваемая мощность 2.2 Ватта
80-выводной корпус TQFP PowerPADTM размером 14 х 14 мм
Диапазон рабочих температур -40…+85°C
Функционально и по выводам совместимы с 12-, 13- и 14-битными АЦП ADS5440/ADS5444/ADS5474
Ключевые преимущества ADS54RF63:
Упрощает реализацию архитектур с оцифровкой высокочастотного сигнала ПЧ и с прямым преобразованием радиочастотных сигналов
Упрощает реализацию аналогового входного тракта за счет постоянства входного полного сопротивления в функции входной частоты и исключает сбои в работе схемы выборки-хранения
Возможность нормальной работы в условиях действия повышенных температур и радиации
Рис. 8. Структура генератора тактовых импульсов AD9858
Общее описание:
AD9858 - прямой цифровой синтезатор (DDS) с 10 битным ЦАП, работающий на частоте до 1 GSPS. Построенный по новейшей DDS технологии, AD9858, имеет внутренний быстродействующий ЦАП, что позволяет строить законченные высококачественные синтезаторы частот с цифровым управлением, способные генерировать синусоидальные сигналы с частотой более 400 МГц. AD9858 предназначен для генерации сигналов с прыгающей частотой с высокой точностью настройки (32 разрядная точность настройки). Необходимые расстройки по частоте и команды управления вводятся в прибор по 8 битному параллельному или последовательному интерфейсу. AD9858 содержит встроенные источник накачки и фазовый детектор для построения синтезаторов прыгающих частот с быстрой перестройкой. Встроенный аналоговый смеситель позволяет строить также преобразователи частоты, тюнеры и др. устройства. AD9858 также имеет
встроенный делитель частоты на два, что позволяет работать с внешними сигналами с частотой до 2 ГГц.
AD9858 предназначен для работы в индустриальном температурном диапазоне от -40°C до +85°C.
Отличительные особенности DDS AD9858:
Частота внутренних тактовых импульсов 1 GSPS.
Максимальная частота внешних тактовых импульсов при использовании внутреннего делителя - 2 ГГц .
Встроенный 10 битный ЦАП.
Фазовый шум <130 dBc/Hz при частоте перестройки на выходе ЦАП на 1 кГц.
32-разрядный программируемый регистр частоты
Упрощенный 8 битный параллельный и последовательный SPI интерфейсы управления
Возможность работы в автоматическом режиме качающейся частоты
4 частотных режима
Однополярное питание: 3,3 В
Потребляемая мощность <2 Вт
100 выводной EPAD-TQFP корпус
Встроенные программируемый источник накачки со схемой быстрого отключения и фазовый детектор
3.Для осуществления последующей цифровой обработки возможно использование цифрового сигнального процессора ADSP-BF533 (рис. 9).
Рис. 9. Структура ADSP-BF533
Для управления работой микросхем приемника возможно использование микроконтроллера ATmega16.
Рис. 25. Принципиальная схема приемной части радиотракта
2>130>
Пусть при
Emin= 25 мкВ – чувствительности приемника по ТЗ, примем
= 45 дБ – отношение сигнал-шум на входе АЦП,после перевода в «разы»
= , – постоянная Больцмана, – сопротивление антенны (из задания), – шумовая температура антенны, – рабочая температура, = Гц – центральная частота полосы сигналов ПЧ, - полоса рабочих частот, ширина спектра полезного сигнала,примем DВХ = 50 дБ – динамический диапазон входного сигнала
N=1, равное количеству каналов радиовещания.
Зная, что полоса частот для этого фильтра на уровне - 60 дБ равна
находим:
.Рассчитаем допустимое увеличение общего коэффициента шума за счет цифровой обработки:
Необходимо, чтобы требования к шумовым свойствам аналогового и цифрового трактов были согласованы, поэтому целесообразно иметь
1,…2. Из-за неправильно подобранного фильтра (ФСИ) СОГЛАСОВАНИЯ аналогового и цифрового трактов НЕТ.Далее найдем мощность шума на входе АЦП при условии согласования АЦП с аналоговым трактом по сопротивлению:
Шаг квантования при учете эффективной разрядности АЦП:
,где А = 2,2 В – это апертура АЦП,
а разрядность АЦП составляет n=12 бит.
Тогда шаг квантования равен:
В. Мощность шумов квантования определим исходя из предположения о равномерном распределении шума квантования:
,тогда при RАЦП = 500 Ом:
.Коэффициент шума АЦП равен:
;Так как входное сопротивление АЦП не равно выходному сопротивлению аналогового тракта, то необходимо согласование. В качестве согласующей цепи можно применить повышающий НЧ трансформатор, отличающий небольшими габаритами, малым коэффициентом потерь и получением любого коэффициента трансформации. Кроме того, данный трансформатор можно согласовать с полосой рабочих частот и дополнительно уменьшить помехи.
Коэффициент трансформации согласующей цепи:
.Тогда шаг квантования изменяется:
ВКоэффициент усиления аналоговой части выбирается с тем расчетом, чтобы вклад цифровой части в шумы был сравним с вкладом аналоговой части. При этом АЦП вносит наибольшие шумы из всей цифровой части (по аналогии с первыми каскадами УРЧ), т.к. последующие процессоры имеют большую разрядность.
, .Проверим полученный коэффициент шума приемника и сравним его с допустимым коэффициентом, рассчитанным выше:
.Получен коэффициент шума приемника
, что МЕНЬШЕ, чем полученный теоретически
.Проверим отношение сигнал-шум на выходе приемника без учета шумов последующей цифровой обработки:
= 773 (29 дБ).
Полученное значение отношение сигнал-шум на выходе приемника без учета шумов последующей цифровой обработки является приемлемым.
7.3. Расчет динамического диапазона уровней квантования (с примером)
Расчет динамического диапазона уровней квантования необходим для оценки корректной работы АЦП, т.к. при большом уровне входного сигнала АЦП, выходящего за его апертуру, возможны искажения выходного сигнала.
Уровень максимального сигнала находится из предположения, что во всех каналах приема находится сигнал:
,где DВХ – динамический диапазон входного сигнала.
Рассмотрим пример, когда
. ,Тогда
В.
Рассчитаем число уровней квантования, необходимое для преобразования в АЦП минимального и максимального сигнала:
.Анализируя значение
, необходимо отметить, что представление ошибок квантования некоторым эквивалентным шумом справедливо, когда число уровней квантования достаточно велико . ,где Кф = 3 - коэффициент формы входных сигналов.
Максимальное значение уровней квантования НЕ превышает значение выбранного АЦП (
, поэтому НЕТ необходимость введения автоматической регулировки усиления.8. Выбор цифровой части приёмникамикроконтроллер
Для осуществления аналого-цифрового преобразования и последующей обработки принятого в рабочей полосе частот сигнала можно использовать12-битный АЦП с частотой дискретизации 550 МГц ADS54RF63 (рис. 7).
Рис. 7. 12-битный АЦП с частотой дискретизации 550 МГц ADS54RF63
Отличительные особенности ADS54RF63:
2-битный АЦП с частотой дискретизации 550 МГц
Особенности:
Разрешение 12 бит
Интегрированный аналоговый буфер
Производительность 550 MSPS (млн. преобразований в сек.)
Соотношение сигнал/шум 62.5 dBFS
Свободный от искажений динамический диапазон 70dBc (на частоте 900МГц)
Полоса пропускания 2.3 ГГц
LVDS-совместимые выходы
Задержка прохождения сигнала 3.5 такта
Общая рассеиваемая мощность 2.2 Ватта
80-выводной корпус TQFP PowerPADTM размером 14 х 14 мм
Диапазон рабочих температур -40…+85°C
Функционально и по выводам совместимы с 12-, 13- и 14-битными АЦП ADS5440/ADS5444/ADS5474
Ключевые преимущества ADS54RF63:
Упрощает реализацию архитектур с оцифровкой высокочастотного сигнала ПЧ и с прямым преобразованием радиочастотных сигналов
Упрощает реализацию аналогового входного тракта за счет постоянства входного полного сопротивления в функции входной частоты и исключает сбои в работе схемы выборки-хранения
Возможность нормальной работы в условиях действия повышенных температур и радиации
-
В качестве генератора тактовых импульсов для ADS54RF63 можно использовать прямой цифровой синтезатор (DDS) AD9858 (рис. 8) .
Рис. 8. Структура генератора тактовых импульсов AD9858
Общее описание:
AD9858 - прямой цифровой синтезатор (DDS) с 10 битным ЦАП, работающий на частоте до 1 GSPS. Построенный по новейшей DDS технологии, AD9858, имеет внутренний быстродействующий ЦАП, что позволяет строить законченные высококачественные синтезаторы частот с цифровым управлением, способные генерировать синусоидальные сигналы с частотой более 400 МГц. AD9858 предназначен для генерации сигналов с прыгающей частотой с высокой точностью настройки (32 разрядная точность настройки). Необходимые расстройки по частоте и команды управления вводятся в прибор по 8 битному параллельному или последовательному интерфейсу. AD9858 содержит встроенные источник накачки и фазовый детектор для построения синтезаторов прыгающих частот с быстрой перестройкой. Встроенный аналоговый смеситель позволяет строить также преобразователи частоты, тюнеры и др. устройства. AD9858 также имеет
встроенный делитель частоты на два, что позволяет работать с внешними сигналами с частотой до 2 ГГц.
AD9858 предназначен для работы в индустриальном температурном диапазоне от -40°C до +85°C.
Отличительные особенности DDS AD9858:
Частота внутренних тактовых импульсов 1 GSPS.
Максимальная частота внешних тактовых импульсов при использовании внутреннего делителя - 2 ГГц .
Встроенный 10 битный ЦАП.
Фазовый шум <130 dBc/Hz при частоте перестройки на выходе ЦАП на 1 кГц.
32-разрядный программируемый регистр частоты
Упрощенный 8 битный параллельный и последовательный SPI интерфейсы управления
Возможность работы в автоматическом режиме качающейся частоты
4 частотных режима
Однополярное питание: 3,3 В
Потребляемая мощность <2 Вт
100 выводной EPAD-TQFP корпус
Встроенные программируемый источник накачки со схемой быстрого отключения и фазовый детектор
3.Для осуществления последующей цифровой обработки возможно использование цифрового сигнального процессора ADSP-BF533 (рис. 9).
Рис. 9. Структура ADSP-BF533
Для управления работой микросхем приемника возможно использование микроконтроллера ATmega16.
Приложение 2
Рис. 25. Принципиальная схема приемной части радиотракта
2>130>