Разработка и расчет АЦП и детектора частотно-манипулированных сигналов

«Схемотехника телекоммуникационных устройств»

Контрольные задания и методические указания для студентов

 по направлению 11.03.02  Инфокоммуникационные технологии и

системы связи)

Квалификация «бакалавр»

1. ЗАДАНИЕ

Задание № 1 на курсовую работу

Разработка схемы аналогово-цифрового преобразователя (АЦП)

По исходным данным требуется:

1. Выполнить полную схему АЦП, описать его работу, а также работу выбранных микросхем и устройств, обеспечивающих работу АЦП.
2. Построить временные диаграммы работы АЦП.
3. По исходным данным рассчитать блоки, входящие в вариант задания.

  Для всех вариантов  АЦП  с использованием  преобразования «напряжение - временной интервал» с ГЛИН. При расчете ГЛИНа в качестве ГСТ использовать токовое зеркало. Компаратор спроектировать с диодными ограничителями.

Задание № 2  на курсовую работу

Разработка схем использующих систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)

По исходным данным требуется:

1. Выполнить полную схему детектора, описать его работу, а также работу отдельных блоков.
2. Построить временные диаграммы работы детектора.
3.  Рассчитать ГУН, используя формулы, приведенные в методических указаниях ( cхема ГУН рис.24)

2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ФАПЧ И АЦП

2.1. Детектирование частотно-манипулированных сигналов

Важнейшей областью применения устройств автоматического регулирования в технике связи является синхронизация генераторов с автоматической подстройкой их частоты. При этом необходимо устанавливать частоту f2 генератора такой, чтобы она совпала с частотой f1 опорного генератора. Схема ФАПЧ приведена на рис. 1.

[pic 1]

Рис.1

Фазовый детектор сравнивает частоты двух входных сигналов и генерирует выходной сигнал, который является мерой их фазового рассогласования. Если частоты f1 и f2 (частота  генератора, управляемого напряжением (ГУН)) не равны друг другу, то сигнал фазового рассогласования после фильтрации и усилия будет воздействовать на ГУН, приближая f2 к f1. В нормальном режиме ГУН быстро производит «захват» частоты f1, поддерживая постоянный фазовый сдвиг по отношению к входному сигналу.

Таким образом, основными элементами ФАПЧ являются фазовый детектор, ГУН и ФНЧ. Для устойчивой работы схемы нужно правильно выбрать параметры ФНЧ. Необходимо обеспечить малые флуктуации фазы выходного сигнала, а также придать системе свойства памяти или «маховика». Эти вопросы будут изучаться в специальных курсах, мы же будем рассматривать ГУН и фазовые детекторы.

Поскольку после фильтрации выходной сигнал фазового детектора представляет собой постоянное напряжение, а управляющий сигнал ГУН является мерой входной частоты, совершенной очевидно, что ФАПЧ можно применять для детектирования частотно-модулированных и частотно-манипулированных сигналов. Пусть, например f (сигнал приходит по каналу связи) принимает два значения f=3100 Гц – соответствует 1 и f=2900 Гц – соответствует 0 , тогда, выбрав для ФАПЧ f0=3000 Гц, получим на выходе ФНЧ контура ФАПЧ два уровня по постоянному току – верхний при 1 и нижний при 0. Как видим, произошел процесс детектирования. В нашем примере на выходе ФНЧ возникает напряжение, необходимое для перестройки f0 =3000 Гц на величину ±100 Гц. Функциональная схема детектирования частотно-манипулированного сигнала приведена на рис. 1.

2.2. АЦП с использованием генератора линейно
изменяющегося  напряжения (ГЛИН)

В рассматриваемом АЦП значению аналогового входного напряжения UВХ ставится в соответствие временной интервал, длительность которого пропорциональна UВХ. Этот интервал заполняется импульсами стабильной частоты, количество которых и является цифровым эквивалентом. Функциональная схема преобразования приведена на рис.2.

[pic 2]

                                                            Рис. 2

Работает АЦП в соответствии с рассматриваемой схемой в следующем порядке. Запускающий импульс обнуляет счетчик, устанавливает RS-триггер в 1 и запускает ГЛИН. Конъюнктор при наличии логической единицы с триггера пропускает импульсы ГТИ на счетчик, который ведет подсчет импульсов. Когда напряжение на выходе ГЛИН станет равным UВХ (напомним, что во время преобразования UВХ остается постоянным), на выходе компаратора (КН) появится логическая единица, которая переключит триггер в логический ноль. Нулевой сигнал от триггера Т через конъюнктор прерывает подачу импульсов ГТИ на счетчик СТ. Длительность положительного импульса на выходе триггера пропорциональна UВХ, следовательно, при неизменной частоте ГТИ код, установившийся на выходе счетчика, является цифровым эквивалентом аналоговой величины.