Дипломная работа: Разработка конструкции цифрового синтезатора частотно–модулированных сигналов

3.1 Разработка принципиальных схем синтезатора

Цифровой синтезатор частотно – модулированных сигналов позволяет формировать л.ч.м. – сигналы и предназначен для работы в составе л.ч.м. – ионозонда в качестве возбудителя передатчика.

На принципиальной схеме цифрового синтезатора частотно – модулированных сигналов наиболее полно изображены все электрические элементы и устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии заданных электрических процессов, все связи между ними, а также элементы подключения, которыми заканчиваются входные и выходные цепи.

Принципиальная схема цифрового синтезатора ч.м. – сигналов

Принципиальная схема цифрового сиртезатора приведена на схеме 003.Э3. В качестве опорного генератора использован стандарт частоты и времени Ч1 – 73, частота которого удваивается при помощи умножителя частоты; блок задержки выполнен на триггерах Шмитта DD1, ждущих мультивибраторах DD2 и логических элементах DD3; оба блока ПЗУ – DD4 – DD7; регистр памяти Рг1 объединен в одном корпусе с накопителем Н1 – DD10, DD11, а регистр памяти Рг2 с накопителем Н2 – DD8, DD9; цифроаналоговый преобразователь DD12 включает в свой состав также преобразователь кодов. Устройство работает следующим образом. Сигнал опорного генератора (Ч1 - 73) частотой 5 МГц поступает на удвоитель частоты, и на вход 1/DD1 подается сигнал с тактовой частотой fТ = 10 МГц, из которого формируются импульсы формы “меандр”, разнесенные по времени на величину задержки переключения триггеров Шмитта: CLK1, CLK2, CLK3, CLK4, которые подключены к входам синхронизации 2/DD8 – DD11.

По положительному фронту импульса запуска fз запускаются ждущие мультивибраторы, собранные на микросхеме DD2, которые формируют импульсы отрицательной полярности длительностью t1 = 0.333 мкс и t2 = 0.1 мкс. Эти импульсы служат для записи кода начальной частоты во входной регистр первого накопителя. Из управляющей э.в.м. адрес кода начальной частоты Сi поступает на адресные входы 8 – 1, 23, 22, 19/DD4 – DD7. С приходом первого тактового импульса 32 – разрядный код Ci записывается в регистр первого накопителя (DD8, DD9), по второму тактовому импульсу происходит установка в “0” его входного регистра и сумма S = Ci + 0 переписывается в регистр второго накопителя (DD10, DD11). После завершения действия импульсов запуска с каждым последующим тактовым импульсом будет происходить изменение результата суммирования в первом накопителе DD8, DD9, который является счетчиком частоты по формуле:

A = Ci + T/Dk

где А – результат суммирования, Ci – код начальной частоты, Т – номер тактового импульса, Dk – код коэффициента деления счетчика.

В приведенной схеме отсутствуют блок ПЗУ1 и счетчик с предварительной установкой Сч, поэтому Dk = 1 и скорость изменения частоты будет постоянной. Во втором накопителе DD10, DD11 выходной код изменяется по формуле:

 B = AT = CiT + T*2/ Dk.

Старший разряд 18/DD10 является знаковым и управляется инверсией (L, H) ЦАП – 20, 21/DD12. Если SSGN = 1 – обратный код суммы. На выходе ЦАП формируется аналоговый сигнал с максимальной частотой fc до 2.5 МГц.

Принципиальная схема цифрового синтезатора ч.м. – сигналов с быстрой перестройкой рабочей частоты

Принципиальная схема цифрового синтезатора ч.м. – сигналов с быстрой перестройкой рабочей частоты показана на схеме 004.Э3. В качестве опорного генератора исспользуется сигнал стандарта частоты и времени Ч1 – 73 частотой 5 МГц. Блок задержки содержит триггеры Шмитта DD1, ждущие мультивибраторы DD2, логические элементы 2И – НЕ DD3; делитель с переменным коэффициентом деления DD4 служит для задания скорости изменения частоты синтезатора; блок ПЗУ рализован на DD5, DD6; счетчик частоты (синхронный) Сч – DD7 – DD10. Умножитель кодов объединен с накопителем – DD11; преобразователь кодов – DD12 – DD14; цифроаналоговый преобразователь - DD15. Микросхема К1518ВЖ1 представляет собой умножитель аккумулятор, т.е. умножитель кодов со встроенным 35 – разрядным накопителем произведений. Если на вход 52 /DD11 подать логическую “1”, то будет происходить накопление результатов произведения по формуле:

j = S = XiYjT + YjT*2

где S – код суммирования, Xi – константа, записанная в блоке постоянного запоминания, Т – номер тактового импульса.

Устройство работает следующим образом. На адресные входы 8 – 1, 23, 22, 19/DD5, DD6 из управляющей э.в.м. поступает адрес выборки Xi и на входы 8 – 23/DD11 – код Yj, которые определяют частотусинтезиркемого сигнала; код коэффициента деления счетчика Dk – на входы 3 - 6/DD4. При поступлении импульса запуска на входы 2, 10/DD2 ждущих мультивибраторов, собраных на элементах DD2.1, DD2.2 и DD3, формируются импульсы записиотрицательной полярности, которые поступают на входы 9/DD7 – DD10 и 2/DD7 – DD10 счетчика частоты, при этом 16 – разрядный код Yj – в регистр Yj умножителя кодов DD11, а 4 – разрядный код Dk – в счетчик с предварительной установкой DD4.

Затем с каждым тактовым импульсом Т выходной код счетчика частоты обновляется по формуле:

П = XY = (Xi + T)Yj

а код произведения будет изменяться по формуле:

S = ПТ = (Xi + T)YjT = XiYjT + YjT*2

При постоянных коэффициентах это соответствует линейному закону изменения частоты. Цифровой синтезатор с быстрой перестройкой рабочей частоты может быть использован в составе передающих и приемных устройств для повышения помехозащищенности, скрытности и надежности систем к.в.- и у.к.в. – связи.

3.2 Выбор и обоснование элементной базы

          При проектировании цифрового синтезатора частотно – модулированных сигналов одним из самых важных этапов является выбор типов элементов, входящих в конструкцию. Правильно выбранная элементная база позволит обеспечить надежное функционирование составных частей и всего изделия в целом; снизить вероятность возникновения помех из-за несогласованности входов одних элементов с выходами других ; получить высокие эксплуатационные характеристики; уменьшить энергопотребление за счет применения элементов, изготовленных по передовым технологиям; добиться лучших массогабаритных показателей; повысить ремонтопригодность аппаратуры; расширить технические возможности разрабатываемой аппаратуры.

          В общем случае критерием выбора электрорадиоэлементов (ЭРЭ) является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ заданным условиям эксплуатации.

          Основными параметрами при выборе ЭРЭ являются:

          1) технические параметры ЭРЭ:

- номинальные значения параметров ЭРЭ согласно схеме электрической принципиальной;

                   - допустимые рабочие напряжения;

                   - допустимые рассеиваемые мощности;

                   - диапазон рабочих частот;

                   - коэффициент электрической нагрузки;

          2) эксплуатационные параметры:

                   - диапазон рабочих температур;

                   - относительная влажность воздуха;

                   - давление окружающей среды;

                   - вибрационные и ударные нагрузки.

          Дополнительными критериями выбора ЭРЭ являются: надежность, унификация ЭРЭ, масса и габариты, стоимость. Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволит обеспечить стабильную работу на протяжении всего срока службы изделия.

          Проведем сравнительную оценку заданных условий эксплуатации и допустимых эксплутационных параметров радиоэлементов, используемых в разрабатываемом синтезаторе частотно – модулированных сигналов.

          Мы имеем следующие данные об условиях эксплуатации конденсаторов следующего типа:

К53-1А - конденсаторы оксидные алюминиевые полярные с фольговыми обкладками. Предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующих токов - интервал температур -20 ...+70 0С;

- относительная влажность при +40 0С до 98 % ;

- давление 6,6 ... 2942 гПа.

          Сопоставляя условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации предлагаемых типов конденсаторов, заключаем, что данные типы пригодны для эксплуатации устройства.

          Мы имеем следующие характеристики используемых резисторов:

МЛТ:

- номинальная мощность 0,125 и 0,25 Вт;

- диапазон номинальных сопротивлений ;

- масса 0,15 г;

- уровень собственных шумов 1, 5 ;

-температура окружающей среды при нормальной электрической нагрузке от -60 до +70 ;

-относительная влажность воздуха при температуре до 98 %;

- пониженное атмосферное давление до 133 Па;

- предельное рабочее напряжение постоянного и переменного тока 200 В;

- минимальная наработка 25000 ч;

- срок сохраняемости 25 лет.

          Условия эксплуатации выбранных резисторов совпадают с условиями эксплуатации проектируемого прибора, следовательно эти элементы пригодны для применения.

          Если рассматривать выбранные для синтезатора микросхемы, то можно убедиться, что и они полностью подходят к устройству.

Таким образом, применение в измерителе углов смещения современной новейшей базы позволяет получить более высокие показатели компоновки, надёжности, энергопотребления, а следовательно, и снижение температурных режимов, что выгодно как с конструкторской точки зрения, так и с экономической. Применение новой современной базы позволят использовать высокоэффективные техпроцессы.

Не менее важным этапом в проектировании является выбор материалов несущих конструкций и деталей. Однако выбор материала является сложной задачей, так как в большинстве случаев деталь можно изготовить либо из однородного материала, либо из сложной их совокупности.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21