Линейный тракт. ФП1П-041. Упи н. П. Никитин, В. В. Кийко проектирование радиоприемных устройств на базе аналоговых блоков учебное пособие Научный редактор доц канд техн наук В. И. Елфимов Екатеринбург 2004 2
 Скачать 1.95 Mb.
|
|
MatLAB (Matrix Laboratory – матричная лаборатория) положен принцип расширяемости, позволяющий адаптировать систему подзадачи пользователя. Для решения задач моделирования система MatLAB дополнена пакетом SIMULINK с визуально-ориентированным программированием. Разработчики пакета Maple компания Maple Waterloo) называют его Symbolic Computation System (Система символьных вычислений) или Computer Algebra system (Система компьютерной алгебры. Maple V версий 5/6/7 – универсальный математический пакет, предназначенный для выполнения разнообразных математических вычислений, как точных (аналитических, таки приближенных (численных, а также и для построения двух- и трехмерных графиков. Основное преимущество системы – всесторонняя поддержка сложных символьных вычислений, мощные графические возможности и наличие многофункционального внутреннего языка программирования. Пакет Maple дает возможность пользователю полностью сосредоточиться на решении его конкретной проблемы, не тратя время начисленные решения частных задач. Большое количество встроенных математических функций и детально разработанных примеров позволяют ученым, инженерами исследователям решать сложные прикладные и теоретические задачи. Студентами преподавателям пакет помогает глубже понять многие математические методы и проанализировать влияние различных параметров на найденное решение. Система MathCAD 8.0/2000/2001 (компания MathSoft Inc) имеет удобный интерфейс. Хорошо развитые средства помощи и обширную справочную базу. Система позволяет проводить численные расчеты и аналитические преобразования. Отличительной особенностью системы является использование в ней общепринятых в математике символов для обозначения операций интегрирования, дифференцирования, вычисления рядов и т.п. Возможность использования латинских, греческих букв, верхних и нижних индексов позволяет получать формулы в привычном виде. С помощью кириллицы можно делать комментарии на русском языке. Программа SystemView, разработанная фирмой ELANIX, представляет собой великолепный конструктор, с помощью которого из стандартных кубиков строится функциональная схема. Слева от рабочего окна выбирается библиотека, щелчком по которой раскрывается ее содержание. Из каталога библиотеки выбирается нужный функциональный модуль, который мышкой переносится на схему. Выбор параметров этого модуля, синтез и измерение его характеристик производятся после еще одного щелчка мышью. Система функционального моделирования HyperSignal Block Diagram 4.0, разработанная фирмой Huperception, имеет широкий набор функциональных узлов и индикаторов. Система позволяет осуществлять функциональное проектирование радиоэлектронных схем с помощью блоков (блочных функций, внутри которых производятся генерирование, преобразование, суммирование и прочие действия, совершаемые над электрическими сигналами. Связывая между собой эти блоки и наблюдая за прохождением сигнала через них (наблюдая сигналы на входе и на выходе блоков) с 88 помощью специальных дисплеев, можно смоделировать любую структурную схему и наглядно посмотреть прохождение сигнала через неё в целом. 4.2. Схемотехническое проектирование В табл. 16 представлены наиболее известные универсальные программы схемотехнического моделирования РЭА, работающей на частотах до ГГц. Таблица 5 Программы схемотехнического моделирования РЭА в диапазоне частот до ГГц Название программы или семейства программ Версии Фирма-разработчик или правообладатель 1 2 3 Electronics Workbench х, х, Multisim х, Multisim 2001 Interactive Image Technologies Ltd 89 Окончание табл. 16 1 2 3 Micro-CAP VR1.0, VR2.0, VI, VII Spectrum Software PSpice х, х, х, MicroSim corp. DesignLAB хи ха Protel Internatonal Protel DXP Altium В табл. 17 представлены наиболее известные программы схемотехнического моделирования РЭА в СВЧ-диапазоне. Таблица 6 Программы схемотехнического моделирования РЭА в СВЧ-диапазоне Название программы или семейства программ Версии Фирма-разработчик или правообладатель Super-Compact - Compact Software Microwave Harmonica - Compact Software Serenade - Ansoft Super-Spice - Ansoft Microware Success - Ansoft Microware Explorer - Ansoft Aplac 7.0, 7.61 APLAC Solutions Inc. Microwave Office V3.22, 2000 v4.02, 2002 v5.01, v5.52 Applied Wave Research 4.3. Проектирование печатных структур Наиболее широко на мировом рынке представлена линия продуктов для проектирования печатных плат. Как правило, это сквозные системы, где разработка проекта начинается с прорисовки принципиальной схемы и заканчивается генерацией управляющих файлов для оборудования изготовления фотошаблонов и сверления отверстий. Особо отметим такие пакеты - CircuitMaker 2000 компании Protel; - P-CAD 2001 компании Protel; - Protel 99 SE компании Protel; - OrCAD компании Cadence; - PCB Design Studio компании Cadence. В табл. 18 даны характеристики программ, рекомендуемых для разработки печатной платы проектируемого устройства. 90 Таблица 7 Программы для разработки печатных структур Характеристика OrCAD 9.2 P-CAD 2001 SPECCTRA 9.0 Protel 99 Контроль ошибок в Э Да Да Да - Графический ввод схем Да Да Нет Да Интерфейс с программами моделирования Да Да Нет Да Горячая связь схемного редактора с редактором ПП Да Да Нет Да Горячая связь схемного редактора с программами моделирования Да Да Нет Да Возможность настройки стратегии авторазмещения Да Да Да Да Возможность настройки стратегии автотрассировки Да Да Да Да Возможность изменять систему единиц Да Да Да Да Поддержка выходных форматов Gerber Да Да Нет Да Автоматическое формирование отчетных документов Да Да Нет Да Автоматическая проверка технологических допусков Да Да Да Да Возможность автотрассировки одной цепи сегментами разной ширины - Да - - Создание управляющих программ для станков с ЧПУ Да Да Нет Да Возможность использования русифицированных шрифтов True Type Да Да - Да Встроенный графический редактор Да Да Нет Да 91 Возможность задания разных типов переходных отверстий Да Да Да Да RAM 32 16 16 16 Процессор Р-ММХ Р 486 и выше Р 4.4. Подготовка печатных плат к производству Важным этапом проектирования печатных плат является подготовка уже разработанного проекта к производству. Под этим подразумевается генерация управляющих файлов для изготовления фотошаблонов, сверлильных станков, оборудования автоматического тестирования плати расстановки компонентов. Как правило, все системы проектирования плат имеют встроенные средства генерации таких файлов, тем не менее имеется ряд задач, которые необходимо выполнять в специально предназначенных для этого продуктах. Большая часть проблем связана с получением оптимизированных файлов в формате Gerber для изготовления фотошаблонов. Здесь могут пригодиться следующие программы CAMtastic 2000 компании Protel; САМ компании Innoveda; CAMMaster компании Lavenir. 4.5. Проектирование конструкции Для разработки конструкции проектируемого устройства и оформления конструкторской документации можно использовать один из пакетов программ, приведенных в табл. 19. Передача проекта из программ разработки печатных структур в программы конструкторского САПР осуществляется в формате DIF (Data Interchange Files – обмен данными в формате ASII). Таблица 19 Программы для разработки конструкции Название программы системы) Версии Фирма разработчик или правообладатель AutoCAD 2000, 2001, 2002 AutoDesk Visual CADD OrCAD 9.x Numera SoftWare SolidWorks 2001 SolidCompany КОМПАС 5.10, 5.11 АСКОН На отечественном рынке наибольшее распространение для проектирования чертежной КД получили следующие программы КОМПAС 92 х - результат новейших разработок фирмы AСКОН, г. Санкт-Петербург, их. КОМПAС х - это новое поколение высокоэффективной конструкторской графики с совершенными технологиями проектирования и инструментальными средствами, которые отвечают самым современным требованиям. Он одинаково удобен для машиностроения, приборостроения, строительства и архитектуры. Высокие потребительские качества, полная поддержка отечественных стандартов и приемлемая стоимость делают выбор в его пользу естественным даже для небольших предприятий. Новейшие технологии моделирования, конструирования и выпуска чеpтежно- констpуктоpской документации, реализованные в КОМПAС х, позволят резко сократить сроки разработки новой продукции, повысить ее качество и конкурентоспособность. КОМПAС х включает высокоэффективный чеpтежно-констpуктоpский редактор, готовые библиотеки для различных областей применения, а также мощные инструментальные параметрические средства разработки приложений. AutoCAD х *10,12+ компании AutoDesk – современное разрядное Windows приложение - мощный фундамент САПР, дающий новую технологию и усовершенствованный функциональный набор. Производительный, стабильный, современный инструмент, с которым инженеры, архитекторы, конструкторы вошли в третье тысячелетие приобрел новые черты, сотни изменений нашли отражение в переработанном интерфейсе, новых возможностях и технологии проектирования. AutoCAD х – новейшие версии AutoCAD. AutoCAD в настоящее время лидирует среди продаж программных продуктов двумерных САПР нижней ценовой категории, предназначенных как для начинающих пользователей, таки для профессионалов. 5.6. Рекомендации по выбору системы проектирования В заключение отметим, что выбор того или иного пакета программ для выполнения курсового проектирования зависит от вычислительных ресурсов используемого персонального компьютера. Если компьютер достаточно мощный, то при проектировании электронных узлов, работающих на частотах до 1 ГГц, целесообразно использовать одну из систем сквозного проектирования DesignLAB 8.0, OrCAD 9.0/9.1/9.2, PCAD 2000/2001/2002, Protel 99SE/DXP. В методическом плане более обеспечены OrCAD ив частности, методические указания по работе с программой PSpice для ОС DOS применимы и для OrCAD PSpice A/D (MicroSim PSpice A/D). При ограниченных 93 вычислительных ресурсах рекомендуется использовать для графического ввода моделируемой схемы Electronics Workbench версий 4 или 5, моделирование выполнять с помощью программ PSpice х или OrCAD PSpice A/D. На частотах свыше 1 ГГц для моделирования СВЧ устройств рекомендуется использовать APLAC 7.61 или более мощную систему Microwave Office 2000 v4.02/2002 v5.52, если позволяют вычислительные ресурсы компьютера. 5 ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 5.1. Цели и задачи курсового проектирования Курсовой проект по дисциплине Устройства приема и обработки сигналов выполняется студентами на заключительном этапе изучения курса и ставит следующие цели – систематизация и расширение теоретических и практических знаний – овладение навыками самостоятельной работы при решении инженерной задачи – приобретение опыта работы с технической литературой и компьютерной техникой. Практические навыки, полученные в процессе проектирования, способствуют лучшему усвоению теоретического материала, предусмотренного программой, и необходимы для выработки инженерного мышления у молодого специалиста. Входе проектирования рекомендуется познакомиться с оптимальными методами решения поставленной задачи радиоприема, изучить ранее разработанные аналогичные устройства и дать их критический анализ, использовать наиболее рациональные технические решения. При составлении пояснительной записки отрабатывается умение лаконично и технически грамотно излагать вопросы проектирования, использовать расчеты, схемы графики. В процессе защиты вырабатываются навыки ведения дискуссии на техническую тему и корректного отстаивания правильности своего технического решения. 5.2. Тематика курсовых проектов Объектом проектирования, как правило, является супергетеродинный приемник системы радиосвязи, радиовещания, телевидения или радиолокации. Типовые задания приведены в таблице 21. По согласованию с руководителем курсового проектирования возможно также выполнение проектов исследовательского характера, связанных с разработкой методики расчета или моделированием отдельных схем и узлов 94 обработки сигналов, а также реальное проектирование, если его объем соответствует объему типового проекта. Представленный к защите курсовой проект должен содержать – пояснительную записку – принципиальную электрическую схему разработанного устройства – перечень основных элементов схемы – конструкторскую документацию чертеж печатной платы выбранного узла и сборочный чертеж на основе спроектированной печатной платы. Пояснительная записка объемом 25-30 листов формата А должна содержать титульный лист, задание на проектирование, разработку структурной схемы радиоприемника и ее эскизный расчет, разработку принципиальной схемы и необходимые электрические расчеты, элементы технико-экономического обоснования принятого решения, список использованной литературы и оглавление. Принципиальная электрическая схема может быть выполнена на листах ватмана или на миллиметровке карандашом или черной тушью, нов полном соответствии с требованиями ЕСКД. Она должна также полностью соответствовать материалам записки и включается (вклеивается) в нее. Конструкторская документация вычерчивается в соответствии с требованиями действующих стандартов на листах формата Ах) или Ахи также включается в записку. 5.3. Календарный план выполнения курсового проекта Систематическая работа – залог успешного и качественного выполнения курсового проекта. На проектирование отводится 10 недель. Рекомендуется работать в соответствии с планом, приведенным в табл 20. Таблица 20. Календарный план. Неделя Вид работы Относительный объем, % 1 Получение и уточнение технического задания. Подбор и изучение литературы 10 2 Эскизное проектирование выбор и обоснование структурной схемы приемника. Решение вопросов обеспечения полосы пропускания и избирательности 10 3 Выбор электронных приборов. Решение всех вопросов, связанных с усилением и помехами радиоприему. Расчет реальной чувствительности 10 4 Выбор и расчет регулировок и настроек приемника 10 5 Электрическое проектирование Расчет преселектора (ВЦ, УРЧ) 10 6 Расчет преобразователя частоты и усилителя промежуточной частоты 10 95 7 Расчет демодулятора. Технико-экономическое обоснование проекта 10 8 Выполнение чертежа принципиальной схемы и составление перечня основных элементов 10 9 Выполнение конструкторской документации 10 10 Окончательное оформление пояснительной записки 10 5.4. Оформление технической документации Рабочая документация проекта состоит из – пояснительной записки объемом 25 – 30 листов – принципиальной схемы приемника – перечня основных элементов принципиальной схемы – конструкторских чертежей (печатная плата и сборочный чертеж. Вся документация выполняется в соответствии со стандартом предприятия СТП ГОУ ВПО УГТУ-УПИ Общие требования и правила оформления дипломных и курсовых проектов (работ. Чертежи могут быть выполнены на миллиметровой бумаге. Они вклеиваются в пояснительную записку. 5.5. Типовые задания на проектирование Выбор варианта Исходные данные на выполнение курсового проекта приведены в табл. 21. Вариант ab задания определяется по двум последним цифрам шифра студента предпоследняя цифра a определяет номер строки (варианта последняя цифра b –. номер столбца (тип приемника. Например вариант 23 (две последние цифры шифра) образуется выбором второй строки и третьего столбца. Условные обозначения А – диапазон принимаемых частот, МГц Б – чувствительность, мкВ (для радиолокационных приемников Вт В – параметр избирательности (числитель – ослабление зеркального канала, дБ знаменатель – ослабление соседнего канала, дБ для УКВ и телевизионных приемников в знаменателе дано значение коэффициента прямоугольности К П 0,01 ); Г – ослабление помехи на промежуточной частоте, дБ Д – ширина спектра модулирующего (или принимаемого) сигнала, кГц Е – эффективность АРУ, дБ Ж – длительность импульса, мкс З – время установления импульса, мкс И – коэффициент различимости (требуемое отношение сигнал / шум. Диапазон рабочих температур – для профессиональных КВ-приемников от 10 до 40° С, – для радиовещательных от – 20 до 40° С, – для приемников УКВ-диапазона от – 40 до 50° С, – для телевизионных от 10 до 40° С, 96 – для радиолокационных от – 50 до 50° С. Остальные параметры выбираются студентом самостоятельно на стадии уточнения технического задания 97 Таблица 21. Варианты заданий № Параметры Профессиональный приемник Радиовещательный приемник ТВ-приемник Радиолокационный приемник канал изображения. канал звука 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 a → b↓ - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 А Б В ГДЕ Ж З И 2,57…6,1 2,6 68/30 80 3 70/7 - - - 2…19 4,0 60/60 70 6 60/6 - - - 150…350 10 22/3 34 180 26/12 - - - 0,52…1,6 300 20/20 26 7,0 35/10 - - - 9,5…12,1 50 20/35 35 10,0 35,12 - - - 65,8…73 15 40/3 45 150 45/5 - - - 198…206 400 50/2,5 40 5 500 40/4 - - - 198…206 40 40/2,5 30 180 45/4 - - - 10 000 13 10 3 - - - 1,5 0,1 1,3 6 000 13 10 2 - - - 1,6 0,4 1,3 2 А Б В ГДЕ Ж З И 6,0…12,0 2,1 65/50 85 2 60/6 - - - 2,45…6,4 3,0 50/40 70 3 80/12 - - - 450…600 9 42/3,5 45 240 56/6 - - - 0,52…1,6 150 46/46 34 8,0 40/12 - - - 7,1…9,77 100 20/30 35 10,0 50/12 - - - 65,8…73 20 30/3 40 240 50/10 - - - 190…198 350 50/2,5 40 5 000 50/5 - - - 190…198 30 45/2,5 40 170 35/4 - - - 700 12 10 4 - - - - 8,6 1,0 2,0 1 200 12 10 6 - - - - 1,4 0,3 1,0 98 Продолжение табл 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 a → b ↓ - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 3 А Б В ГДЕ Ж З И 2,15…6,1 3,0 70/46 90 1 80/8 - - - 1,4…3,5 2,2 60/50 70 0,8 68,6 - - - 90…220 6 30/2 40 150 60/10 - - - 0,52…1,6 50 50/60 40 6 60/8 - - - 7,1…9,77 150 16/40 25 12 40/10 - - - 65,8…73 25 60/2 40 150 50/12 - - - 182…190 350 30/4 35 6 500 50/3 - - - 182…192 30 50/3 30 160 45/4 - - - 675 10 -12 - - - - 2,0 0,4 1,3 5 500 10 -12 - - - - 0,5 0,1 1,3 4 А Б В ГДЕ Ж З И 5,5…10 3,0 80/80 85 3 70/6 - - - 7,1…14 5 68/40 70 2 60/7 - - - 250…400 9 36/3 40 240 60/12 - - - 0,15…0,408 250 30/32 25 8 40/12 - - - 7,1…9,77 50 20/35 35 8 40/10 - - - 65,8…73 30 26/2,4 34 240 35/12 - - - 174…182 300 50/2,5 30 5 000 45,4 - - - 174…182 20 40/2,5 35 140 50/3 - - - 600 12 10 9 - - - - 3,0 0,4 1,0 875 11 10 8 - - - - 3,5 0,1 1,1 5 А Б В ГДЕ Ж З И 3,0…10,1 1,5 70/60 80 0,8 60/6 - - - 3,27…8,2 2,0 60/50 60 1,6 70,8 - - - 50…200 6 40/2 45 120 60/10 - - - 0,15…0,408 100 46/46 34 9,0 40/12 - - - 3,95…6,2 80 24/50 40 7,0 50/10 - - - 65,8…73 20 20/3 26 150 35/10 - - - 92…100 400 45/3 40 6 500 35/4 - - - 92…100 20 45/3 40 150 45/5 - - - 1300 12 10 3 - - - - 9,0 1,2 1,6 625 11 10 4 - - - - 2,0 0,4 1,6 99 Продолжение табл. 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 a→ b↓ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 6 А Б В ГДЕ Ж З И 4,9…9,1 1,9 60/50 70 1,5 70/8 - - - 3,3…8,4 2,5 60/40 80 3 70/12 - - - 350…600 9 44/2 40 240 56/12 - - - 0,15…0,28 200 26/26 26 10,0 26/12 - - - 3,95…6,2 120 14/30 34 9,0 60/8 - - - 87,5…108 20 22/2,5 34 240 40/12 - - - 84…92 400 40/3 30 6 000 40/4 - - - 84…92 15 50/3 40 160 50/5 - - - 1200 13 10 2 - - - - 2,0 0,3 1,0 1500 13 10 4 - - - - 2,5 0,3 1,4 7 А Б В ГДЕ Ж З И 1,1…3,0 1,5 65/70 75 1 80/12 - - - 7,1…14 3,0 60/56 70 3 60/8 - - - 150…370 20 24/3 34 120 54/10 - - - 0,15…0,28 300 20/20 26 8,0 30/12 - - - 3,95…6,2 200 12/34 30 10,0 26/12 - - - 87,5…108 25 40/2,7 40 220 60/10 - - - 76…84 350 50/3 35 5 000 45/3 - - - 76…84 15 45/2,5 30 170 45/4 - - - 1550 11 10 5 - - - - 2,5 0,3 1,0 750 11 10 7 - - - - 2,6 0,2 1,1- 8 А Б В ГДЕ Ж З И 14,5…18 3,0 60/60 8 3 70/8 - - - 2,45…6,3 2 55/40 60 2 60/8 - - - 200…500 9 36/4 40 240 56/10 - - - 0,15…0,28 150 46/46 34 7,0 40/12 - - - 3,95…6,2 50 26/60 40 6,0 60/8 - - - 87,5…108 30 30/3 40 150 32/12 - - - 58…66 300 45/2,5 40 4500 35/3 - - - 58 66 10 40/3 35 140 45/4 - - - 2 000 12 10 5 - - - - 0,8 0,2 1,4 10 000 10 -13 - - - - 0,5 0,1 1,3 100 Окончание табл. 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 a → b↓ - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 9 А Б В ГДЕ Ж З И 2,5…12,0 4 50/60 70 2 60/70 - - - 3,4…9,6 5 68/55 80 3 80/10 - - - 100…250 6 30/2,5 34 200 60/12 - - - 0,15…0,28 50 60/60 40 6,0 60,8 - - - 0,52…1,6 80 45/50 50 7,0 50/10 - - - 87,5…108 25 26/2 40 150 32/12 - - - 48…56,5 300 40/2,5 30 4 500 40/3 - - - 48,5…56,6 10 50/2,5 40 150 50/4 - - - 1 500 10 -12 - - - - 1,3 0,3 1,1 700 10 -11 - - - - 1,0 0,1 1,2 0 А Б В ГДЕ Ж З И 1,5…2,1 2,1 50/60 60 2 60/10 - - - 2,7…6,6 2,6 68/55 80 3 80/10 - - - 60…180 7 30/2,5 45 200 60/12 - - - 0,52…1,6 200 60/60 26 2,0 60/12 - - - 9,5…12,1 150 45/55 40 7,0 50/10 - - - 87,5…108 30 25/2 45 220 35/12 - - - 206…214 400 40/2,5 35 4500 40/3 - - - 206…214 40 50/2,5 35 150 50/4 - - - 1800 13 10 2 - - - 1,3 0,3 1,1 800 11 10 6 - - - 1,0 0,1 1,2 101 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ РЭА В САПР P-CAD Х Построение условного графического обозначения (УГО) электрорадиоэлемента (ЭРЭ) |