Цифровое радиоприемное устройство диапазона частот 1800 – 1900 МГц

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

1. Предварительный выбор элементной базы

2. Расчет частотного плана

3. Расчет энергетического плана

4. Расчет динамического диапазона

5. Выбор цифровой части приемника

Заключение

Введение

В наши дни все больше и больше в разных отраслях используется радиопередающая техника различных стандартов, почти у каждого человека есть мобильный телефон или радиотелефон или аналогичная техника.

Большое, а иногда и жизненно-важное значение имеет радиоуправляемое оборудование, которое используется в метеорологии, геологии, в исследовании пещер и морских глубин, и т.д. Использование аппаратуры в таких отраслях предъявляет жесткие требования к габаритам, надежности и функциональности устройств. Решением этих требований является использование цифровых микросхем последнего поколения.

В последнее десятилетие на рынке микроэлектроники наблюдается бурный рост, осваиваются новые перспективные технологии. Все это ведет к более массовому производству микросхем, и как следствие более широкому их применению в различных областях не только профессиональной аппаратуры, но и в домашних устройствах.

Целью данной работы является разработка цифрового радиоприемного устройства, работающего в диапазоне частот 1800 - 1900 МГц.

1. Предварительный выбор элементной базы

Для перекрытия всего диапазона от 1800 до 1900 МГц решено входную цепь выполнить в виде блока коммутируемых полосовых фильтров.

В качестве схем коммутации будут использоваться две микросхемы ADG904 фирмы Analog Devices

Параметры ПАВ фильтров

В качестве МШУ будем использовать модель AFS2-01500250-06-10P-6 фирмы MITEQ

со следующими параметрами:

-диапазон усиливаемых частот - 1500-2500 МГц

-коэффициент шума - 0,4 дБ

-коэффициент усиления - 28±0,5 дБ

2. Расчет частотного плана

Частотный план представляет собой ось частот, на которой отображены спектр сигнала, АЧХ преселектора и другие необходимые параметры. Для его построения первостепенным является нахождение частоты дискретизации.

Для расчета частоты дискретизации необходимо знать следующие параметры:

- центральная частота полосы сигналов:

- полоса рабочих частот определяется по реальной полосе, которая получается после входной цепи (ПАВ фильтров), на уровне избирательности по не основным каналам. С учетом спецификаций на фильтры было определено, что полоса частот на уровне -60 дБ равна

- ширина спектра сигнала

Число частотных каналов равно:

Рассчитаем частоту дискретизации.

- нулевое приближение частоты дискретизации:

- номер гармоники спектрального образа, наиболее близкого к спектру исходного сигнала:

- первое приближение к частоте дискретизации:

- если , то расчет окончен

частота дискретизации .

В соответствии с частотой дискретизации выбираем Texas Instruments: ADS54RF63

3. Расчет энергетического плана

Энергетический план устанавливает соотношения между параметрами аналоговой и цифровой частями. В результате анализа получается выражение, позволяющее выявить взаимосвязь между характеристиками аналоговой и цифровой части. Это дает способ, изменять параметры одной части, варьируя параметры другой.

Коэффициент шума аналогового тракта ЦРПУ:

- коэффициент шума входной цепи, - коэффициент шума МШУ

При этом коэффициент шума входной цепи обратно пропорционален ее коэффициенту передачи:

Коэффициент передачи по мощности входной цепи равен (согласно техническим данным, затухание равно 4 дБ):

Коэффициент шума МШУ равен 0,4 дБ :

Тогда коэффициент шума аналогового тракта равен:

Коэффициент шума всего приемника при согласовании равен:

- чувствительность по ТЗ

- отношение сигнал-шум по ТЗ

- постоянная Больцмана

- сопротивление антенны

- шумовая температура антенны

- рабочая температура

Отношение сигнал-шум равно:

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

Далее найдем мощность шума на входе АЦП при условии согласования АЦП с аналоговым трактом по сопротивлению:

Шаг квантования при учете эффективной разрядности АЦП:

А = 2,2 В - апертура АЦП

Разрядность АЦП составляет 12 бит

Мощность шумов квантования определим исходя из предположения о равномерном распределении шума квантования:

R_АЦП = 500 Ом

Коэффициент шума АЦП равен

Так как входное сопротивление АЦП не равно выходному сопротивлению аналогового тракта, то необходимо согласовать. В качестве согласующей цепи можно применить трансформатор длинная линия или повышающий ФНЧ трансформатор, отличающий небольшими габаритами, малым коэффициентом потерь и получением любого коэффициента трансформации. Кроме того, ФНЧ трансформатор можно согласовать с полосой рабочих частот и дополнительно давить помехи.

Коэффициент трансформации согласующей цепи:

Тогда шаг квантования изменяется:

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.

Посчитаем реальное усиление

Проверим полученный коэффициент шума приемника и сравним его с допустимым коэффициентом, рассчитанный выше:

Получили коэффициент шума приемника 8,2 дБ, что меньше, чем полученные теоретически 41,8 дБ.

Проверим отношение сигнал-шум на выходе приемника без учета шумов последующей цифровой обработки:

4. Расчет динамического диапазона

Расчет динамического диапазона 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:

D_ВХ - динамический диапазон входного сигнала (по ТЗ)

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 К_ф=3 коэффициент формы входных сигналов

Максимальное значение уровней квантования превышает значение выбранного АЦП (), поэтому необходимо ввести автоматическую регулировку усиления.

Рассчитаем глубину регулировки. Она показывает во сколько раз необходимо понизить коэффициент усиления по мощности (напряжению), чтобы обеспечить размах сигнала на входе АЦП не более его апертуры.

5. Выбор цифровой части приемника

приемник микроконтроллер диапазон ацп

Для осуществления последующей обработки принятого сигнала - детектирования, необходим цифровой процессор. Детектирование сигнала и управление всей работой приемника выполняет DSP. Управление работой приемника осуществляется через цифровой синтезатор частот DDS.

Рис. Структура ADS54RF63

В качестве генератора тактовых импульсов для ADS54RF63 используем DDS AD9858.

Рис. Структура AD9858

Для осуществления последующей цифровой обработки возьмем цифровой сигнальный процессор ADSP-BF533. Основные характеристики данного процессора:

Рис. Структура ADSP-BF533

Для управления работой микросхем приемника возьмем микроконтроллер ATmega16.

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана схема ЦРПУ, основанная на методе преобразования частоты. Был произведен расчет параметров и режимов схемы при данном методе построения. В основе построенного приемника лежит современная элементная база, удовлетворяющая требованиям технического задания.

Размещено на Allbest.ru