Во-первых, они понимали, что эра аналогового радио подходит к концу, весь мир переходит на цифровое устройств с цифровой обработкой сигналов стало логичным продолжением развития цифровой техники.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего
о
бразования

©Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатикиª

(СибГУТИ)








Кафедра

РТУ


Допустить к защите


Зав.кафедрой
Абрамов С. С.




ВЫПУСКНАЯ
КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
БАКАЛАВРА


Разработка
SDR
приемника




Пояснительная записка

ФМРМ.11.03.02.23 ПЗ


Студент


/Пинигин М. С
./




Факультет

МРМ

Группа

РМ
-
23



Руководитель




/Показаньева Т. Я. /




Консультанты:

-
по безопасности
жизнедеятельности





/Самуйлло Ю.В./





Новосибирск 2016 г.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего
о
бразования

©Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатикиª

(СибГУТИ)






КАФЕДРА


Радиотехнических устройств




ЗАДАНИЕ

НА
ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ
БАКАЛАВРА


СТУДЕНТА

Пинигина М. С
.

ГРУППЫ

РМ
-
23






УТВЕРЖДАЮ









20__ г.


Зав.
кафедрой

РТУ





/Абрамов С. С.
/














Новосибирск 2016 г.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













1. Тема выпускной квалификационной работы бакалавра
:

Разработка
SDR

прие
мника


утверждена приказом по университету от
©24ª декабря

2015 г



4/680
-
15


2. Срок сдачи
студентом законченной работы
:

22
ª июня 2016 г.


3. Исходные данные к работе
:

Разработать аппаратную часть программно
-
определяемого приемника со

следующими характеристиками:


-

диапазон частот 30
-
3500 МГц
;


-

полоса про
пускания 20 МГц
;


-

коэффициент шума приемника меньше 7 дБ
;


-

напряжение питания 5 В.


4. Содержание расчетно
-
пояснительной записки сроки выполнения по
разделам:


Перечень подлежащих разработке в
опросов

Сроки выполнения

1 Введение

30.04.2016

2 Принципы построения программно
-
определяемого
радио

12.05.2016

3
Разработка структурной схемы аппаратной части
SDR

приёмника

15.05.2016

4
Описание принципиальной схемы приёмника

29.05.2016

5
Безопасность жизнедеятельности

10.06.2016

6 Заключение

22.06.2016


5. Консультанты:

Глава 5

Безопасность жизнедеятельности



/Самуйлло Ю.В
.
/



Дата выдачи задания
©11 ª 01 2016г.

Руководитель ___________________________________/
Показаньева Т. Я../




Задание принял к исполнению
© 11 ª 01 2016 г.

Студент ___________________
_______________________/Пинигин М. С
./




Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













АННОТАЦИЯ


Выпускная квалифи
кационная работа:
Пинигина М.С.





(Фамилия,И.О.)

по теме © Разработка
SDR

прие
мника



Объём работы
-

69

страниц
, на которых размещены
30

рисунков и
12

таблиц. При написании работы использовалось
13

источников.



Ключевые слова:
SDR

приемник, технология
SDR
, программно
-
определяемое радио.




Работа выполнена
__________________________________________________


(название предприятия, подразделения)




Основные результаты
*



















_______________________________________________________________________________________________________

*В данном разделе
должны

быть отражены

основные
результаты
исследования


Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Федеральное агентство связи

Федеральное государственное
образовательное

бюдже
тное
учреждение

высшего профессионального образования

©Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатикиª

(
Ф
ГО
Б
У ВПО ©СибГУТИª)




Форма утверждена н
аучно
-
методическим


советом университета




протокол
№4 от 17.04.2013 г.


ОТЗЫВ

на выпускную квалификационную

работу

бакалавра

студента



Пинигина М.С.


по теме


Разработка
SDR

прие
мника



Технология
SDR

является привлекательной для производителей,
операторов беспроводной связи и специальных служб, поскольку одна
аппаратная
платформа может быть приспособлена к большому количеству
форм сигналов, которые добавляются программно в процессе работы. Поэтому
тема выпускной квалификационной работы, конечно же, является актуальной.

Пинигину М. удалось собрать материал по данной темати
ке, изучить его и
разработать один из вариантов приемника, работающего по технологии
SDR
. В
ходе работы над выпускной квалификационной работой, был приведен анализ
вариантов построения
SDR

приемников, разработана принципиальная схема,
выполнен расчет входн
ых фильтров, коэффициента шума и требуемого
усиления аппаратной части.

В выпускной квалификационной работе, также приведена БЖ часть.

Пинигин справился с поставленной задачей и проявил необходимую
самостоятельность, заслуживает оценки хорошо и присвоения к
валификации
бакалавр по направлению ©Инфоком
муникационные

технологии и системы
связиª.



Работа имеет практическую
ценность


Тема предложена предприятием


Работа внедрена


Тема предложена студентом


Рекомендую работу
к внедрению


Тема является
фундаментальной


Рекомендую работу
к

опубликованию


Рекомендую студента в
магистратуру


Работа выполнена с применением
ЭВМ


Рекомендую студента в
аспирантуру



Руководитель дипломной работы

_________________________________





(должность,
уч. степень,
подпись,

фамилия, имя, отчество (полностью), дата)

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Содержание

1 Введ
ение……………………………………………………………………
…….
.
2

2 Принципы построения прогр
аммно
-
определяемого радио……………
……..3

2.1 История
программно
-
определя
емог
о радио………………………….3

2.2 Принципы построения
SDR

приемника…………………
……………14

2.2.1 Принцип работы…………………………………………
……………14

2.2.2 Аппаратная часть…………………………………………
…………..16

2.3 Архитектура
SDR

прие
мника………………………………
………….17

2.4 Реализация
SDR

пр
ие
мника…………………………………
…………18

2.4.1
Цифровой прие
мник 1288ХК1Т
………………………………
……
..
18

2.4.2 Входной интерфейс………………………………………
………...

19

2.4.3 Коммутатор входного интерфейса…………………
……………
…..
19

2.4.4 Выходной интерфейс………………………………
………………

19

2.4.5
Гетеродин……………………………………………
………………..19

2.4.6
Блок фильтров
-
дециматоров CIC
…………………………
…………21

2.4.7
Гибкое распределение ресурсов……………………………
………23

2.5
Перспективы развития
SDR

в России………………………
…………27

3
Разработка
структурной схемы аппаратной части
SDR

приёмника
………………………………………………………………
…………30

3.1
Расчёт основных параметров линейного тракта приёмника
……
….31

3.2
Выбор элементов линейного тракта
…………………………
……….32

3.2.1
Выбор усилителя……………………………………
……………….32

3.2.2
Разработка системы фильтров…………………………
…………...33

3.2.3
Расчёт фильтра………………………………………
………………34

3.2.4
Выбор смесителя…………………………………
………………….43

3.2.5
Выбор гетеродина……………………………………
……………...44

3.2.6
Выбор переключателей и аттенюатора………………………
……45

3.3
Расчёт коэффициентов усиления и коэффициента шума приёмного
тракта
……
……………………………………………………………
…….46

3.4 Выбор АЦП………………………………………………
…………….48

4
Оп
исание принципиальной схемы прие
мника…………………
……………49

4.1 Описание принципиальной схемы цепей радиотракта………
…….49

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













4.2 Описание принципиальной схемы цепей преобразования
...
……..
..
.
.
49

5
Безопасность жизнедеятельности………………………………………
……
.
.
50

5.1 Обзор вредных факторов………………………………
……………
...
.
50

5.2 Требования к
электромагнитному излучению
……………………
...
.
.
52

5.3
Требования к
рабочему месту оператора
………………………
……53

5.4
Требования к микроклимату
………………………………
…………
..
56

5.5
Электробезопасность
………………………………
…………………..57

5.6
Требования к освещению
……………………………………………
…59

5.7
Пожарная безопасность……………………………………………….
.
60

5.8 Требования к шуму на рабочем месте………………………………..63

6 Заключение…………………………………………………………
……………64

Приложение А.
Электрическая принципиальная схема цепей радиотракта…65

Приложение Б. Спецификация
электрической принципиальной схемы цепей
радиотракта

……………………………………………………………………..
66

Приложение В. Электрическая принципиальная схема цепей
преобразования……………………………………………………………………67

Приложение Г. Спецификация электрической принципиальной схемы цепей
преобразования……………………………………………………………………68

Список использованных источников………………………………………
……69




















Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













1 Введение


Программно

определяемое, также используют термин: (©программно
конфигурируемоеª) радио (
SDR
)


это любое устройство передачи данных, в
котором некоторые или все функции физического уровня являются программно
определяемыми. В качестве примера можно привести современны
е смартфоны,
поскольку если не вся, то большая часть обработки информационного сигнала
производится в сигнальном процессоре (
DSP
).

Современное использование радиоустройств требует унификации
оборудования, чтобы оно имело возможность применения для различны
х
задачей и целей. Поэтому возникла идея
SDR


(
Software

Defined

Radio
,
программно
-
определяемое радио)
.

Благодаря программной настройке один приёмопередатчик может быть
приспособлен под множество различных форм сигнала. Такое устройство
является основой для

построения, например, универсально
-
совместимой
национальной общественной системы безопасности.

Технология
SDR

долгое время была привлекательной для производителей,
операторов беспроводной связи и военных служб, поскольку одна аппаратная
платформа может бы
ть приспособлена к большому количеству форм сигналов,
которые добавляются программно в процессе работы. В результате такие
аппаратные элементы как фильтры, смесители, усилители, детекторы,
модуляторы и демодуляторы, становятся не нужны. В то же время мы по
лучаем
многофункциональную платформу, имеющую множество режимов работы и
набор диапазонов частот, переключение между которыми осуществляется
автоматически и динамически в технической части удалённым способом.



















Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













2 Принципы построения
программно
-
определяемого радио


2.1 История программно
-
определенного радио


Основным форматом вещания радиосигнала в начале 80
-
х годов
прошлого века была амплитудная модуляция (
AM
)
. Качество принятого
сигнала было невысоким из
-
за затухания в канале, искаже
ний и шумов.
Частично эти эффекты удалось устранить с переходом на частотную
модуляцию. Частотно
-

модулированный сигнал обеспечивает звучание
CD
-
качества и имеет ограниченную зону распространения. В 2003 году две
молодые компании


XM

и
SiriusXM
) совершили

прорыв в развитии цифрового
спутникового радиовещания в США. Доход от новой технологии можно
сравнить с доходом каналов платного телевидения. В это же время (
Word

Space

Radio
) начало вещание на территории Азии и Африки.

Звуковые

сервисы

спутникового

радио

(
SDARS
-
Satellite

Digital

Audio

Radio

Services
)

позволяют непрерывно слушать одну и ту же радиостанцию в
автомобиле в любой точке зоны покрытия за исключением возможной потери
сигнала из
-
за препятствий (зданий, туннелей и листвы деревьев).

В радиоприёмника
х
XM

данная проблема была решена за счёт установки
наземных репитеров, которые передавали тот же сигнал в условиях плотной
городской застройки. Сеть вещания имела смешанную архитектуру, состоящую
из спутникового и наземного оборудования.

Примерно в это же
время ведущие компании в области наземного
вещания также стали осваивать технологию цифрового радио, и этому
способствовали две причины. Во
-
первых, они понимали, что эра аналогового
радио подходит к концу, весь мир переходит на цифровое вещание, как более
качественное. Во
-
вторых, частотный спектр становится все более дефицитным,
а цифровые методы обработки позволяют сжать данные, разместив больше
информации на отведенной полосе.

Цифровой способ вещания обеспечивает более чистый сигнал, большую
зону покрытия
, возможность упаковки большего объёма информации на
выделенной полосе. Кроме того, пользователи получают больше возможностей
для доступа к прослушиванию программ.

В статье ©Активные фильтры в приемных устройствах
радиовещательного диапазонаª, опубликованн
ой в ЭК №10, 2010,
рассматривались различные варианты построения преселекторов
радиоприемных устройств, среди которых схемы с использованием кварцевых
фильтров, одно
-

и многоконтурных индукционных фильтров. Основное
внимание было уделено применению активны
х безындукционных фильтров на
основе высокочастотных операционных усилителей.

Анализ, проведенный при проектировании и изготовлении полосового
эллиптического фильтра 9
-
го порядка показал, что проектирование активных
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













фильтров с применением современных программных средств (в примере
использовалась программа Filter Solutions 2006) занимает минимум времени и
предполагает только точные требования к спецификации фильтра, после чего
программное обеспечение производит все нео
бходимые расчеты и формирует
соответствующую схему. Однако дальнейшая реализация полученной схемы и
тестирование выявили ряд недостатков, которые могут распространяться и на
другие виды аналоговых фильтров.

В частности, номиналы элементов, используемые для

получения
требуемой характеристики, часто не входят в стандартные ряды сопротивлений
и емкостей. Использование ближайших стандартных значений может привести
к искажению характеристик фильтра, а комбинирование нескольких элементов
или использование подстро
енных вызывает увеличение массогабаритных
характеристик и дополнительные сложности с подстройкой многоконтурной
схемы. Кроме того, схемы, в которых используются элементы с малыми
номиналами, более подвержены влиянию паразитных емкостей, сопротивлений
и инд
уктивностей, что осложняет синтез фильтров высокого порядка, вызывает
трудности в согласовании каскадов, подборе элементов.

В итоге можно отметить, что активные фильтры действительно могут
применяться в качестве преселекторов в радиоприемных устройствах, о
днако
их синтез и настройка требуют много времени, определенных практических и
теоретических навыков как в схемотехнике, так и в проектировании топологии
печатной платы, что затрудняет получение качественного, дешевого и простого
в регулировке активного фи
льтра.

С развитием цифровых технологий все большее внимание уделяется
построению радиоприемных трактов с применением цифровой обработки
сигналов (ЦОС), называемых в литературе SDR



software defined radio. Эта
технология основывается на возможности оцифров
ки радиосигнала в реальном
времени и последующей обработке программными или аппаратными
цифровыми средствами



цифровыми сигнальными процессорами, ПЛИС и
т.д. Технология SDR позволяет осуществлять прием и демодуляцию сигналов, в
которых используются цифров
ые виды модуляции, такие как DPSK, QAM,
GMSK и т.д. В зависимости от частоты и ширины спектра принимаемого
сигнала цифровая обработка в приемнике может использоваться

как по
радиочастоте (
рисунок

2.1
), так и после переноса сигнала на фиксированную
промежуточную часто
ту



обработка по ПЧ (
рисунок

2.2).




Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата














Рисунок 2.1
-

Структура
приёмника с ЦОС по радиочастоте


Рисунок 2
.
2
-

Структура приёмника

с ЦОС по промежуточной частоте

Радиоприемники с цифровой обработкой сигнала по ПЧ относятся к
супергетер
одинному типу и имеют ряд преимуществ перед приемниками
прямого преобразования



возможность работы в большом диапазоне
частот, хорошая селективность и чувствительность во всём диапазоне.
Приемники такого типа используются в профессиональной связной
аппара
туре, к которой предъявляются жесткие технические требования. В
числе недостатков супергетеродинных приемников



относительно
высокое энергопотребление и большие размеры из
-
за использования
аналоговых элементов.

К преимуществам приемников прямого преобразо
вания относятся
малое энергопотребление и возможность размещения всех элементов в
небольшом портативном устройстве (в идеале в корпусе одной
микросхемы), однако по избирательности, чувствительности и
динамическому диапазону эти устройства уступают супергет
еродинным
приемникам.

При обработке сигналов с частотами, не превышающими несколько
десятков

МГц, скорость современных АЦП (для АЦП последовательного
приближения она составляет несколько сотен Мвыб/с при разрядности до
12 бит) позволяет использовать класси
ческий принцип дискретизации в
соответствии с теоремой Котельникова, согласно которой частота
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













выборок должна быть как минимум в два раза больше верхней частоты в
спектре дискретизируемого сигнала. При этом оцифровке подвергается
диапазон частот от постоянн
ой составляющей до половины частоты
дискретизации, и на входе АЦП достаточно использовать аналоговый ФНЧ для
защиты от наложения спектров. Для высокочастотных сигналов используется
полосовая дискретизация (under sampling), которая позволяет обойти
ограниче
ние, накладываемое теоремой Котельникова для обработки
узкополосных сигналов, у которых ширина спектра много меньше абсолютного
значения центральной частоты. Этому условию соответствуют практически все
радиосигналы. В этом случае теорема Котельникова звучи
т следующим
образом: для сохранения информации о сигнале частота его дискретизации
должна быть равной или большей, чем удвоенная ширина его полосы.
Математически условие, которое должна выполнять частота дискретизации,
описывается выражением (
2.
1):

(2
fc
-
B
)/
m

s
fs

s (2
fc
+
B
)/
m
+1 (
2.
1)

где: fc



центральная частота в спектре сигнала; fs



частота
дискретизации; B



ширина спектра сигнала; m



произвольное целое число,
выбираемое таким образом, что
бы выполнялось соотношение fSs2B.

При полосовой дискретизации оцифровке подвергается не вся полоса
частот, а лишь небольшая ее часть. При этом для защиты от наложения спектра
необходимо использовать полосовые аналоговые фильтры. Стоит также
отметить, что
полосовая дискретизация позволяет одновременно с оцифровкой
сигнала произвести перенос его спектра на низкую частоту.

В обоих случаях на входе преобразователя необходимо использовать
аналоговые фильтры для защиты от наложения спектра. При этом, чем выше
ча
стота дискретизации, тем менее жесткие требования предъявляются к
аналоговому фильтру. На практике разработчики стараются обеспечить такую
частоту дискретизации, чтобы на входе АЦП было достаточно использовать
трех
-

или четырехкаскадный пассивный фильтр. Д
ля рассматриваемого в
предыдущей статье диапазона частот (до 25 МГц) можно применить как схему
с непосредственной дискретизацией сигнала по Котельникову, так и полосовую
дискретизацию.

Цифровые устройства в радиоприемнике решают следующие задачи:
выделение

требуемого канала, перенос спектра сигнала на низкую частоту и
декодирование содержащихся в сигнале данных или детектирование. Для
решения этих задач могут применяться различные устройства и их сочетания.
Первичную, неинтеллектуальную обработку, включающу
ю канальную
фильтрацию, гетеродинирование, понижение частоты дискретизации
(децимацию), чаще всего выполняют либо при помощи быстродействующей
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













программируемой логики (FPGA), либо в специализированных микросхемах



цифровых приемниках (digital down converte
r



DDC).

В качестве примера подобных микросхем можно привести AD6620
компании ADI и 1288ХК1Т производства ФГУП НПЦ ©Элвисª, структура
которой изображена на рисунке
2.3
. Возможности данного устройства,
отметим лишь некоторые из них:



наличие 4
-
х независи
мых каналов для обработки 16
-
разрядных
сигналов;



скорость входного потока данных до 100 МГц в каждом канале;



совместимость со многими типами АЦП;



возможность гибкой настройки внутренней структуры микросхемы для
обработки как действительных, так и ко
мплексных сигналов.








Рисунок 2.3
-

Структура цифрового приёмника 1288
XK
1
T

Микросхема содержит CIC
-
фильтры для понижения частоты
дискретизации, по два КИХ
-
фильтра 64 порядка в каждом канале, цифровые
гетеродины для получения квадратурных сигналов и уд
обный выходной
интерфейс для чтения данных. Коэффициенты фильтров, коэффициенты
децимации каждого каскада, маршрутизация данных внутри чипа и многие
другие параметры задаются программно. Все это делает микросхему 1288ХК1Т
и ее аналоги удобными для применен
ия в самых разных системах цифрового
приема. Для окончательной обработки сигнала, декодирования данных,
обработки декодированного битового потока и реализации протоколов более
высокого уровня применяются цифровые сигнальные процессоры.

После дискретизации
задача выделения требуемого канала решается при
помощи цифровых фильтров, которые представляют собой набор постоянных
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













чисел



коэффициентов фильтра, количество и значения которых определяют
его вид и крутизну характеристики. Различают два основных класса ц
ифровых
фильтров



не рекурсивные (КИХ
-
фильтры) и рекурсивные (БИХ
-
фильтры).
КИХ
-
фильтры имеют известные преимущества перед рекурсивными, которые
заключаются в их устойчивости, меньшей подверженности эффектам
квантования и возможности получения линейной фа
зовой характеристики, что
особенно важно в системах связи. В этой связи в цифровых радиоприемных
устройствах более широкое распространение получили именно не рекурсивные
фильтры.

Для проектирования цифровых фильтров, также как и для разработки
аналоговых а
ктивных и пассивных фильтров, применяются разнообразные
программные средства. Для расчета коэффициентов фильтра от разработчика
требуется только определение требований к фильтру, но не знание алгоритмов
и методов расчета коэффициентов. Широкое распростране
ние для
проектирования дискретных фильтров получил пакет Matlab, т.к. он позволяет
провести расчет фильтра различными методами, с применением разных окон и
т.д. Кроме того, для расчета коэффициентов фильтра можно использовать, как
режим командной строки, т
ак и графический интерфейс приложения Filter
design and analysis tool (FDA Tool).

После расчета, как правило, коэффициенты фильтра сохраняются в файле
необходимого формата для дальнейшего использования в соответствующей
программе, однако в возможности паке
та Matlab входит также моделирование
работы фильтра в цифровой системе при помощи приложения Simulink и
загрузка в поддерживаемые отладочные комплекты.

По сравнению с аналоговыми цифровые фильтры имеют следующие
преимущества:



возможность получения недост
упных для аналоговых фильтров
характеристик (как крутизны АЧХ, так и линейности ФЧХ). Увеличение
порядка цифрового фильтра приводит лишь к увеличению количества
математических операций, так что порядок фильтра ограничен только
быстродействием цифровой сист
емы;



цифровые фильтры не подвержены влиянию старения и температурного
дрейфа параметров;



т.к. цифровой фильтр представляет собой набор чисел



коэффициентов, то для изменения характеристики достаточно изменить набор
коэффициентов, что делает возможным
создание адаптивных фильтров;



цифровые фильтры могут работать как с низкочастотными, так и с
высокочастотными сигналами.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Подводя итоги, хочется отметить, что появление радиоприемных
устройств с цифровой обработкой сигналов стало логичным продолжением
развития цифровой техники. Использование цифровой обработки сигналов
позволило разрабатывать системы высокоскоростного обмена данными по
радиоканалам с применением цифровых методов модуляции радиосигнала. В
зависимости от стадии приема, на которой использу
ется цифровая обработка,
возможно получение как недорогих, компактных и малопотребляющих
устройств вплоть до систем на кристалле, так и изделий, отвечающих жестким
требованиям по избирательности, динамическому диапазону, чувствительности
и другим параметра
м, что достигается правильным сочетанием аналоговой и
цифровой частей приемного тракта. Наиболее вероятно, что в перспективе
развитие ©цифровогоª приема будет идти по пути увеличения скоростей
дискретизации и обработки, что позволит охватить все более широ
кий диапазон
частот, и при этом будет уменьшаться доля аналоговой схемотехники в
структуре приемника.

Общая тенденция развития электроники в последние два десятилетия


тотальный переход к цифровой (дискретной) обработке. Аналоговое
телевидение и радио, ра
вно как и телефония, становятся анахронизмом, а
аналоговые носители аудиоинформации превращаются в раритеты. В сфере
обработки высокочастотных аналоговых сигналов переход к цифровой
обработке выражен не столь ярко, однако это


доминирующее направление
раз
вития элементной базы в данной области. Побуждающих причин перехода к
цифровой обработке несколько, и одна из важнейших


желание в рамках
одной аппаратной платформы создать набор устройств, получаемых
изменением встроенного программного обеспечения. Но пр
облем здесь немало,
поскольку современные системы передачи данных работают в диапазонах
свыше 1 ГГц, с частотными полосами от единиц до десятков мегагерц,
используя достаточно сложные схемы модуляции. Все это предъявляет особые
требования к производительно
сти систем цифровой обработки.

Поэтому если
цифровая обработка сигналов на уровне потоков данных и стала сегодня делом
обыденным (с точки зрения массовой пользовательской аппаратуры), то
применение цифровых устройств в СВЧ
-
тракте до совсем недавнего времен
и
продолжало оставаться уделом специальной аппаратуры. В последнем случае
речь идет о так называемых программно
-
заданных радиосистемах SD
R
(software defined radio).

Технология SDR еще совсем недавно не воспринималась иначе как
средство обеспечения
тактической связи между различными воинскими (и
иными специальными) подразделениями. Действительно, мощным толчком к ее
развитию в США послужили проблемы обеспечения взаимодействия между
десантными подразделениями и авиацией во время вторжения в Гренаду в
1983
году. Тогда даже при наличии штатных средств связи армейские подразделения
вынуждены были координировать действия авиации по обычной телефонной
сети через свою базу в Форт
-
Брагге. После столь одиозного проявления
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













проблемы быстрой перенастройки средств

связи и их взаимодействия многие
ведущие фирмы
-
производители телекоммуникационного оборудования стали
создавать специальные устройства, позволяющие очень быстро перестраивать
не только алгоритмы аутентификации и криптозащиты, но и протоколы работы
в радио
сети, включая выбор частотных диапазонов.

В идеализированной схеме SDR
-
систем отсутствуют

блоки аналоговой
обработки (
рисунок

2.4)
.

Однако,

у
читывая частотные диапазоны и ширину полос многих
современных систем связи, полностью реализовать эту концепцию
за
труднительно.











Рисунок 2.4
-

Идеализированная схема
SDR
-
системы


Вместе с тем, во многих областях телекоммуникаций, например в сотовой
телефонии, в системах стандарта IEEE 802.11 и т.п., все чаще используются
схемы прямого преобразования (при
емни
ки с нулевой несущей


ZIF)(

рисунок
2.5).


Рисунок 2.5
-

Схемы приёмников с супергетеродинной архитектурой (а) и
прямого преобразования (с нулевой ПЧ) (б)


Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













В качестве характерного примера подобных решений можно привести
СБИС трансиверов прямого
преобразов
а
ния MAX2820/MAX2821 компании
Maxim для систем стандарта IEEE 802.11b. Разумеется, находят применение и
промежуточные решения с одним гетеродином и последующей цифровой
обработкой.

С развитием микроэлектронных полупроводниковых технологий СВЧ
-
бло
ки радиотракта все в большей степени становятся цифровыми. И дело не
только в том, что сокращение номенклатуры СБИС экономит разработчикам и
производителям многие миллионы долларов,


зачастую специализированные
устройства, выпускаемые многомиллионными тир
ажами, оказываются
рентабельнее универсальных. Не менее важно, что прецизионные аналоговые
устройства


это относительно дорогие компоненты. Их отличает не только
низкий уровень интеграции и высокая сложность совмещения на одном
кристалле с блоками цифрово
й обработки. Аналоговые устройства практически
неизбежно требуют подстройки в рамках производственного цикла, а для этого
необходимо сложное специальное оборудование, что не только увеличивает
себестоимость аналоговой элементной базы, но и затрудняет приме
нение
fabless
-
схемы производства. Для России эта проблема усугубляется тем, что в
нашей стране нет ни одного микроэлектронного предприятия, включая
"Микрон" (если мы не правы, опровергните), способного производить
современные прецизионные аналоговые схемы.

В значительной степени это
связано с отсутствием на отечественных предприятиях современного
контрольно
-
измерительного оборудования, объединенного в единый комплекс
со средствами коррекции параметров (например, лазерных установок,
корректирующих физические

параметры RC
-
цепей на кристалле).

Не менее важно, что с ростом емкости информационных каналов и
расширением диапазонов рабочих частот повышаются и требования к уровням
нелинейности и собственных шумов оконечных аналоговых блоков
трансиверов. Поскольку дан
ные параметры определяются физическими
свойствами полупроводниковых материалов и особенностями технологии, они
зачастую не могут быть снижены до приемлемого уровня, что влечет поэтапное
преобразование частоты (несколько промежуточных частот (ПЧ), и,
соотве
тственно, несколько гетеродинов), поэтапную аналоговую фильтрацию,
необходимость применять ПАВ
-
фильтры и т.д. Это неизбежно усложняет
аппаратуру, снижает ее надежность и повышает себестоимость. Поэтому на
современном этапе развития телекоммуникационной инд
устрии переход к
цифровой обработке в радиочастотных трактах превращается в
безальтернативное решение, к которому идут все мировые производители.

До недавнего времени одним из элементов беспроводных устройств, наиболее
тяжело поддающихся "цифровизации", бы
л блок сопряжения с аналоговым
интерфейсом (он же Analog Front End


AFE)


устройство, реализующее
функции фильтрации входного сигнала, преобразования частоты вверх/вниз,
квадратурной модуляции и т.п. для сопряжения с процессором обработки
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













сигналов (baseb
and
-
процессором). Учитывая, что этот элемент является
неотъемлемой частью практически любого связного устройства


от сотового
телефона до модуля АФАР, на данную задачу обратили пристальное внимание
многие мировые производители СВЧ
-
элементной базы. Отрадно
, что среди них


и российская компания ЭЛВИС, разработавшая СБИС 1288ХК1Т (MF01) в
рамках анонсированного несколько лет назад семейства Мультифлекс. Эти
СБИС производятся методом fabless по технологии 0,25 мкм. Компания уже
готова поставлять пилотные обра
зы 1288ХК1Т и тестовые платы на их основ
е.


2.2 Принципы построения
SDR

приёмника


2.2.1 Принцип работы

В традиционном супергетеродинном приёмнике обработка силнала
полностью производится электронными схемами
(
рисунок

2.6). Частота сигнала
понижается до промежуточной частоты (ПЧ), после чего производится
обработка.

В первых
SDR
-
приёмниках вместо демодулятора использовался АЦП.
Демодуляция и частично фильтрация сигнала производилась в сигнальном
процессоре. Современные
АЦП намного быстрее, поэтому
DSP

может
выполнять больше функций. Для работы DSP необходимо знать амплитуду и
фазу сигналов. Принятый сигнал разделяется на две компоненты: синфазную (
I
)
и квадратурную (
Q
), смещённую на 90˚.









Рисунок 2.6
-

Структурна
я схема супергетеродинного приёмника и
первых
SDR

Схема современного
SDR
-
приёмника показана на рисунке 2.7. Входной
сигнал усиливается малошумящим усилителем и делится на компоненты
I

и
Q

путём смешивания с сигналом гетеродина из синтезатора частот в ФАПЧ
(для
получения квадратурной компоненты он смещается на 90˚). Частота гетеродина
подстраивается под частоту сигнала, чтобы разность выходных сигналов
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













смесителей была равна нулю в отсутствие модуляции. Для модулированного
сигнала она равна сигналу основной п
олосы или исходному модулированному
сигналу. Эта архитектура получила название прямое преобразование или
преобразование с нулевой промежуточной частотой.

После фильтрации сигналов основной полосы в ФНЧ они
оцифровываются в паре АЦП. Далее в цифровом преобр
азователе частота
сигнала понижается до рабочего диапазона сигнального процессора.














Рисунок 2.7
-

Схема современного
SDR

приёмника

В современных передатчиках
DSP
-
модулятор разделяет передаваемые на
I

и
Q

компоненты и передаёт их на повышающий
преобразователь (
рисунок
.
2.8) и ЦАП.














Рисунок 2.8
-

Схема современного
SDR
-
передатчика

Сигнал фильтруется и поступает в смеситель для повышения частоты до
частоты передачи. Затем сигнал проходит через усилитель и подаётся на
антенну. По мере
увеличения быстродействия преобразователей схема
упрощается. Самые последние модели представляют собой фильтр и МШУ
(
рисунок

2.9). Коммерческие приёмники используют полосу до 30 МГц.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Цифровым методом выполняется следующие функции: фильтрация (НЧ,
ВЧ, полосовые и заграждающие фильтры), модуляция (АМ,
FM
,

QAM
,
OFDM
,
др.), демодуляция, выравнивание, сжатие и восст
ановление, анализ спектра,
преды
скажение.







Рисунок 2.9
-

Самая простая

аппаратная реализация
SDR


Новые типы модуляции и связанные с ними процедуры, имеют общий
термин ©форма сигналаª (
waveform
)
. Изменив программное обеспечение, радио
перестраивается на другую частоту и протокол передачи.

Достоинством
SDR

заключается в
простоте аппаратной части.
Стандартные радиочастотные схемы сокращаются до минимума, их стоимость
снижается.

Сигнальный процессор берёт на себя большую часть функций, которые
раньше выполнялись в аналоговых схемах. Этот подход очень удачен, учитывая
гибкос
ть программной реализации и возможность компенсации некоторых
нежелательных эффектов, которые возникают в аппаратной части. Более того,
программная реализация позволяет, устранить непрерывности, изменять и
дополнять функционал устройства и улучшать его хар
актеристики с
минимальными затратами. В частности
SDR

позволяет быстро добавлять новые
типы модуляции, протоколы передачи и т.д. В случае аппаратной реализации
это потребовало бы изготовление новой схемы.

Недостатки у
SDR

тоже есть. Во
-
первых, это сложност
ь программного
обеспечения, затраты на разработку, в т.ч. временные, большее
энергопотребление и в некоторых случаях ограниченный частотный диапазон.


2.2.2 Аппаратная часть


Основные элементы SDR


АЦП, ЦАП и сигнальные процессоры DSP.
Частота выборки пре
образователя постоянно повышается, преодолев уже
гигагерцевый рубеж. Например, преобразователь ADC12Dxx00RF Texas
Instruments имеет частоту выборки до 3,6 млрд выб/с.

Наряду со скоростью преобразования важный фактор


быстродействие
процессора, который дол
жен успевать обрабатывать данные. По большому
счету вместо сигнального процессора можно использовать процессор общего
назначения. Однако не всегда его использование будет оптимально, поскольку
встречаются алгоритмы, для реализации котор
ых требуются
специал
изированные функции.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Другой подход


использовать заказной сигнальный процессор,
имеющий специальную архитектуру, встроенную память и набор арифметико
-
логических инструкций, благодаря которым его быстродействие будет
максимально высоким.


Все чаще DSP реал
изуются на матрицах FPGA. Такие функции как
быстрое преобразование Фурье могут быть выполнены с помощью цифровых
логических схем и легко реализуются на FPGA. Поскольку стоимость матрицы
постоянно снижается, они приобретают все большую привлекательность в
к
ачестве замены сигнальным процессорам.


Еще один вариант


логические элементы с жесткими соединениями,
которые можно использовать для реализации функций, не требующих гибкости
программирования, таких как протоколы связи. Логические схемы имеют
высокое быс
тродействие и малое потребление, занимают немного места на
кристалле. Такие логические блоки часто называют аппаратными
ускорителями.


2.3 Архитектура
SDR

приёмника







Рисунок 2.10

-

Структурная

схема идеального SDR
приемника

Основная мысль SDR
-
системы


это максимальный перенос операций в
цифровую форму. В идеале АЦП должен стоять непосредственно после
приемной антенны. Во многом именно по этой причине развитие SDR
задерживалось (хотя стоит признать, военные начали использоват
ь данную
архитектуру достаточно давно). Характеристики АЦП во многом будут
обеспечивать возможности применения всего SDR
-
приемника.

Цифровую обработку сигнала можно производить посредством
цифрового сигнального процессора (ЦСП), программируемых логических
интегральных схем (ПЛИС) или микросхемы ASIC, которые представляют из
себя микросхему, заточенную под определенную цель. Наибольшую
гибкость
системе предоставляют ЦСП, а наибольшую производительность ASIC.
Характеристики ПЛИС и по гибкости и по производительности находятся
примерно посередине, а особенно учитывая стоимость разработки ASIC, мой
выбор падает на ПЛИС. Разработка устройств
а будет происходить слева
-
направо, от антенны, поэтому выбирать ПЛИС стоит тогда, когда знаешь что
получишь на выходе АЦП.

Теперь, когда мы имеем общее представление о SDR
-
системе, можно
представить, какие преимущества они нам дают по сравнению с
традицио
нными
системами:

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата















Уменьшенные масса и габариты изделия
;



Уменьшение потребляемой мощности
;



Упрощение конструкции
;



Уменьшение стоимости (при учете использования недорогих АЦП,
стоит отметить что в целом АЦП становятся лучше и дешевле)
;



Масштабируемость
решения
.


2.4 Реализация
SDR

приёмника


2.4.1 Цифровой приемник 1288ХК1Т

СБИС 1288ХК1Т

(
рисунок

2.11)



это многофункциональный цифровой
приемник, позволяющий решать широкий круг телекоммуникационных и
радиолокационных задач, от сотовой телефонии до построения систем с
фазированными антенными решетками (ФАР).

СБИС содержит четыре идентичных канала (тракт
а) обработки сигнала.
Каждый тракт включает цифровой квадратурный гетеродин, два каскада
фильтров
-
дециматоров с постоянными коэффициентами (CIC


cascaded
integrator comb FIR filter), два каскада программируемых фильтров
-
дециматоров с конечной импульсной х
арактеристикой (КИХ
-
фильтры, DFIR) и
комплексный умножитель выходного сигнала FGAIN. После входного
интерфейса, а также между каскадами фильтров расположены маршрутизаторы
потоков.

Рисунок 2.11
-

Структурная схема приёмника
1288
XK
1
T


Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата














2.4.2 Входной
интерфейс

Входной интерфейс каждого канала СБИС 1288ХК1Т позволяет работать
с 16
-
разрядным цифровым сигналом с максимальной частотой считывания
входных данных от внешних АЦП не менее 100 МГц, т.е. скорость входных
потоков от АЦП


не менее 100 мега выборок

в секунду (МSPS).
Синхронизация считывания возможна как по уровням (0 или 1), так и по
фронтам специального тактового сигнала ENCODE, который может быть как
внешним, так и внутренним по отношению к 1288ХК1Т.

2.4.3 Коммутатор входного интерфейса

Коммутатор

входного интерфейса позволяет произвольно направлять
входные данные в каналы обработки. Интерфейс 1288ХК1Т способен
принимать четыре 16
-
разрядных потока действительных данных, два 16
-
разрядных или четыре 8
-
разрядных потока комплексных данных. Для 16
-
разря
дного комплексного входного сигнала используются две смежные
входные шины IDATх, при этом синфазной компоненте I соответствует шина с
меньшим номером х. При 8
-
разрядном комплексном сигнале старшие 8 бит
шины IDAT соответствуют синфазной компоненте I, младш
ие


квадратурной
компоненте Q. Действительные 8
-
разрядные данные расширяются до 16 бит
добавлением нулей со стороны младших битов.

2.4.4 Выходной интерфейс

Выходной интерфейс включает 16/32
-
разрядный параллельный порт и
4/8
-
разрядный линк
-
порт (совместимы
й с интерфейсом DSP серий Sharc /
TigerSharc компании Analog Devices). Для обращения к внутренним регистрам
и управления 1288ХК1Т можно использовать как параллельный, так и
последовательный порты. Параллельный порт поддерживает стандарты обмена
данными ком
паний Intel, Motorola и ЭЛВИС (Multicore). Протокол обмена
может быть как асинхронным, так и синхронным. Вывод данных через
последовательный порт возможен и по стандартному протоколу синхронного
FIFO (SFIFO).

2.4.5 Гетеродин

Гетеродин
(
рисунок

2.12)

одновременно служит квадратурным
демодулятором, поскольку входной сигнал одновременно умножается на sin(f)
и cos(f). Начальная фаза и частота гетеродина задаются программно. На выходе
гетеродина цифровые сигналы округляются до 20 разрядов.


Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата


















Рисунок
2.12
-

Структурная схема квадратурного гетеродина

Поскольку сигнал цифрового генератора строго периодичен и синхронен
с частотой дискретизации, ошибки квантования не являются шумоподобными,
а представляют собой набор комбинационных составляющих тактовой ча
стоты
и частоты генерируемого сигнала. При определенных значениях частоты
генератора эти паразитные составляющие могут складываться, что приводит к
появлению в спектре полезного сигнала пиков, ухудшающих значение ширины
динамического диапазона, свободного
от паразитных составляющих (Spurious
-
Free Dynamic Range


SFDR)

(
рисунок

2.13)
.







Рисунок 2.13
-

Спектральная характеристика опорного сигнала
гетеродина с включенной (а) и выключенной (б) рандомизацией фазы. Точность
представления фазы


16 разрядов,

длина выборки


16384 точки, окно
Блэкмана.

Для борьбы с этим явлением к сигналу генератора перед его
квантованием добавляется шум. В 1288ХК1Т в качестве шумовой
составляющей используется псевдослучайная пос
ледовательность (ПСП)
длиной 2
40

с нулевым средним значением и равномерной функцией
распределения амплитуды. Генератор ПСП меняет свое состояние синхронно с
аккумулятором фазы. Выходной сигнал генератора шума (5 бит) добавляе
тся к
значению фазы с весом 2
-
18

относительно полной шкалы. В результате ошибка
квантования равномерно распределяется по спектру и паразитные пики не
формируются. Недостаток данного метода


ухудшение общего соотношения
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













сигнал/шум приблизительно на 1 дБ. В большинстве случаев такое ухудш
ение
не является критичным, тем не менее, рандомизацию фазы можно отключить.

2.4.6 Блок фильтров
-
дециматоров CIC

Блок фильтров
-
дециматоров CIC состоит из двух каскадов, каждый из
которых включает собственно фильтр, блок масштабирования и мультиплексор
для

выключения

соответствующего фильтра (
рисунок

2.14
).

Рисунок 2.14
-

Блок фильтров дециматоров
CIC


Напомним, децимация


это уменьшение числа отсчетов в выборке в М
раз, где М


коэффициент децимации. Первый каскад организован на
децимальном фильтре второй степени CIC2, коэффициент децимации которого
можно задать в пределах от 1 до 128. При М = 1 первы
й CIC
-
каскад может
использоваться как предварительный фильтр.

Второй каскад (CICN) организован на CIC
-
фильтрах, степень которых
может изменяться от четырех до шести. Коэффициент децимации сигнала
может задаваться в пределах от 1 до 64, 27 и 16 для CIC4, CI
C5 и CIC6,
соответственно. Очевидно, что если на входе CIC2 частота дискретизации
сигнала равна частоте выборки АЦП Fs, то на выходе б
лока CIC
-
фильтров она в
М
CIC2


М
CICN

раз меньше.

Частотная характеристика и коэффициент передачи фильтров на низкой
частот
е определяются следующим образом:


Для
CIC
2
:

ܪ
(
ݖ
)
=

2
௦�௧

16

|
1



2

1



1
|
2
,
ܭ
0
=

(
2
ܯ
)
2

2
௦�௟

16
;

Для
CICN
:

ܪ
(
ݖ
)
=

2
௦�௧

16

8
௦�௟
_
௠�

|
1




1



1
|
2
,
ܭ
0
=

(
ܯ
)


2
௦�௟

16

8
௦�௟
_
௠�
;

где scl


параметр масштабирования, scl_mx



признак работы со
старшими/младшими 36 разрядами при масштабировании (принимает значение
1 или 0), M


коэффициент децимации, N


степень CIC
-
фильтра (4, 5, 6 для
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













CIC4, CIC5 и CIC6, соответственно), К0


коэффициент передачи фильтра на
низкой частоте.

Б
локи масштабирования SCALER на выходе фильтров CIC2 и CICN
позволяют управлять амплитудой выходного сигнала с шагом 6 дБ.
Одновременно с масштабированием SCALER округляет данные до 20 бит и
контролирует переполнение (перегрузку). При необходимости блок CIC
-
фильтров может быть отключен.

СБИС 1288ХК1Т содержит два каскада КИХ
-
фильтров
-
дециматоров
(DFIR1 и DFIR2) (
рисунок

2.15
).







Рисунок 2.15
-

Блок программируемых КИХ
-
фильтров


Они предназначены для фильтрации сигнала и уменьшения его частоты
дискретизации. Максимальный порядок КИХ
-
фильтра равен 64 и может быть
как четным, так и нечетным. Импульсная характеристика фильтра симметрична
или антисимметрична. В каждом КИХ
-
фильтре исп
ользутся 32 16
-
разрядных
коэффициента. В отличие от CIC
-
фильтров, коэффициенты КИХ
-
фильтров
программируются. Также может задаваться ко
эффициент децимации фильтра
(от
1 до 16).

КИХ
-
фильтр содержит блоки масштабирования сигнала SCALER,
аналогичные установлен
ным в CIC
-
дециматоре. SCALER производит
масштабирование сигнала с ограничением с общим для обоих квадратурных
каналов коэффициентом масштабирования scl. Выходные сигналы
переполнения блоков масштабирования объединены по "ИЛИ" и образуют
выходной сигнал пер
еполнения масштабирующих узлов блока DFIR.

КИХ
-
фильтр позволяет задавать задержку старта обработки (вычисления первого
выходного отсчета фильтра) на D входных отсчетов (при D = 0 вычисления
начинаются с первым пришедшим входным отсчетом). Благодаря этой
ос
обенности можно реализовывать полифазные фильтры, обладающие большей
пропускной способностью.

В целях универсальности 1288ХК1Т разработчики отказались от встроенного
блока автоматической регулировки усиления (АРУ), заменив его комплексным
умножителем выход
ного сигнала каждого канала (FGAIN), позволяющим не
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













только изменять коэффициент усиления, но и корректировать фазу сигнала.
Результирующий сигнал комплексного умножителя определяется как:

где IIN и QIN


значение квадратурных составляющих сигнала после
DFI
R2, а GAINI и GAINQ


соответствующие 16
-
разрядные составляющие
комплексного коэффициента передачи. Значения каждой компоненты
коэффициента GAIN могут быть заданы в диапазоне от
-
(2...2
-
14) до (2...2
-
14) с
шагом 2
-
14. При этом используется кодировка с допо
лнением до 2. После
комплексного перемножения 20
-
разрядных отсчетов сигнала на 16
-
разрядные
коэффициенты результирующий сигнал округляется до 16 разрядов.
Суммарный коэффициент передачи комплексного умножителя определяется

как.

В случае перегрузки комплекс
ного умножителя его выходное значение
ограничивается и вырабатывается соответствующий сигнал.

Результаты обработки представляют собой комплексный сигнал, состоящий из
пары 16
-
разрядных компонентов I и Q. Они поступают в регистр FIFO
глубиной 256 комплексны
х отсчетов. Для индикации заполнения FIFO может
использоваться спец
иальный сигнал частичной заполне
нности с
программируемым порогом.

Данные, хранящиеся в памяти выходных отсчетов, доступны через
параллельный или линк

-

порты. При доступе к данным через пар
аллельный
порт в 32
-
разрядном режиме старшие 16 бит соответствуют компоненте I,
младшие 16 бит


компоненте Q. Последовательность передачи отсчетов
соответствует порядку, в котором они хранятся в FIFO.

2.4.7 Гибкое распределение ресурсов

Одно из важнейших достоинств СБИС 1288ХК1Т


возможность
перераспределения вычислительных ресурсов для организации нескольких
независимых каналов обработки либо для повышения производительности.
Основной показатель производительности


это полоса частот об
рабатываемого
сигнала и точность фильтрации. Узким местом здесь является выходной КИХ
-
фильтр канальной фильтрации, который обеспечивает необходимую АЧХ
приемника. Производительность канального фильтра 64 порядка одного канала
1288ХК1Т превышает 3 MSPS, что

позволяет обрабатывать комплексный
сигнал в полосе до 3 МГц. Если этой производительности недостаточно, можно
либо пропорционально уменьшить порядок фильтра или увеличить
коэффициент децимации, пожертвовав точностью фильтрации, либо
объединить 2

(
рисунок

2.16)

или 4 канала, получив в результате скорость
обработки до 6 или 12 MSPS при максимальном порядке фильтра.

Принцип перераспределения ресурсов используется и при работе с
комплексными входными сигналами. При этом, если необходимо
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













преобразование частоты
, гетеродины двух каналов обрабатывают сигнал от
одного источника (АЦП) (например, гетеродин первого канала обрабатывает
компоненту I, второго


компоненту Q), гетеродины третьего и четвертого
каналов


комплексный сигнал от второго источника.

Рисунок
2.16
-

Объединение двух каналов обработки при работе с
действительными входными сигналами

После блока CIC
-
фильтрации в маршрутизаторе вычисляется
комплексный

сигнал
преобразованной частоты:










Рисунок 2.17
-

Объединение двух каналов обработки при
работе с
комплексными 16
-
разрядными входными сигналами

В СБИС 1288ХК1Т предусмотрена синхронизация параллельной работы
нескольких микросхем. Синхронизация подразумевает синхронный пуск,
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













останов, очистку блоков обработки, установку параметров гетеродина и

к
омплексного выходного умножителя нескольких СБИС. Синхронизация
параллельно работающих микросхем позволяет использовать их в системах
фазированных и адаптивных антенных решеток (ФАР и ААР), а также
увеличить пропускную способность программируемых КИХ
-
фильт
ров.



Системы на основе СБИС 1288ХК1Т и основные области ее применения

1288ХК1Т может использоваться в разнообразных конфигурациях с
различными процессорами и внешними АЦП. Однако предпочтительным
вариантом является совместное применение этой СБИС с
сигнальными
кон
троллерами серии "Мультикор"
, в частности


с процессором МС
-
12.
Потоки данных от 1288ХК1Т могут передаваться как через параллельный порт
(для управления используется последовательный порт), так и через линк
-
порт.

С одним процессором могут р
аботать до восьми СБИС 1288ХК1Т,
использующих единый набор управляющих сигналов, включая сигнал выборки
chip select. Разделение обращений к СБИС происходит посредством адресации
через трехразрядное поле NUM. Если в контроллере МС
-
12 для связи с
1288ХК1Т за
действованы каналы прямого доступа к памяти (DMA), то по
последовательному интерфейсу к одному контроллеру можно подключить
лишь четыре 1288ХК1Т. Однако еще четыре 1288ХК1Т присоединяются через
линк
-
порты.

1288ХК1Т может работать как с одним, так и с неск
олькими источниками
сигнала. Интерфейс с внешним АЦП достаточно гибок и согласован с АЦП
фирмы Analog Devices (в частности, с 10
-
разрядными AD9203, AD9071,
AD9051; с 12
-
разрядными AD9224 и AD6640, с 14
-
разрядными AD6644 и
AD6645). В режиме комплексного вхо
дного сигнала можно использовать
сдвоенные 8
-
разрядные АЦП

(
рисунок

2.18)
.







Рисунок 2.18
-

Построение приёмника комплексного входного сигнала со
сдвоенным 8
-
разрядным АЦП
AD
9058
компании
Analog

Device

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Типичная область применения 1288ХК1Т


создание трактов канальной
фильтрации, требующих большого динамического диапазона представления
сигнала. Такие тракты используются в базовых станциях систем сотовой связи
как относительно узкополосных (GSM, IS
-
136), т
ак и широкополосных
стандартов (IS
-
95, cdma2000
-
1x/3x, UMTS, Globalstar). При этом встроенные
цифровые гетеродины и дециматоры в приемном тракте позволяют
реализовывать:



мультистандартные перепрограммируемые приемники (концепция SDR);



приемники с ФАР,
в том числе с направленным приемом сигнала, включая
алгоритмы smart
-
антенны и пространственной селекции помех;



многоканальные приемники сигнала с частотным разделением каналов;



устройства защиты от узкополосных помех на основе гребенки фильтров
(паралл
ельный
анализатор спектра).

Таблица 2.1
-

Основные техни
ческие характеристики приёмника

1288
XK
1
T

SFDR

гетеродина

Не хуже 100 дБ

Точность настройки гетеродина

0.019 Гц(при частоте
дискретизации 80 МГц)

Точность установки фазы гетеродина

0,005

Общий
коэффициент децимации

1
-
16384

Тактовая частота

100 МГц

Скорость работы программируемых КИХ
-
фильтров (64
-
й порядок, тактовая частота 100
МГц)

3,125
MSPS

для
каждого канала
;

12,5
MSPS

при объединение 4 каналов

Шаг плавной регулировки уровня сигнала
на вых
оде канала

2

14

Питание (ядро, аналоговая часть,
периферия)

2,5
/
2,5
/
3,3 В

Диапазон рабочих температур

-
40…+85 С

Корпус

PQFP208



Устройства на основе 1288ХК1Т отличает большая гибкость,
обусловленная наличием четырех идентичных независимых каналов приема
(могут быть частотно разделенными). Это позволяет, с одной стороны,
реализовывать системы со сложной многоканальной структурой сиг
налов
(cdma2000 3x), а с другой стороны, оптимально перераспределять ресурсы при
обработке сигналов с высокой тактовой частотой. Возможность обработки
сигналов с высокой тактовой частотой открывает широкие перспективы
применения 1288ХК1Т в высокоскоростных

системах передачи данных.
Благодаря простоте переконфигурирования 1288ХК1Т эффективна дл
я
построения портативных мульти
стандартных терминалов, совмещающих в
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













себе, например, функции устройства позиционирования при помощи
глобальной сети навигации и
мобильного терминала системы сотовой связи.


2.5 Перспективы развития
SDR

в России

Приемник 1288ХК1Т (MF01) стал первым
представителем семейства
Мультип
лекс, призванного (вкупе с другими разработками компании ЭЛВИС)
обеспечить отечественных разработчиков п
олным набором инструментов для
создания современных радиоэлектронных систем. Предполагается два
направ
ления развития семейства Мультип
лекс. Одно из них предусматривает
создание устройств с относительно небольшой производительност
ью и низким
энергопотреблен
ием.









Рисунок 2
.
19
-

Микросхема 1288ХК1Т (MF
-
01)


Первым представителем этого направления должен стать

цифровой
трансивер MF12 (рисунок 2.20
).











Рисунок 2.20
-

Структура трансивера
MF
12


В отличие от 1288ХК1Т, новый прибор включает встроенные сигнальные
АЦП и ЦАП и 4 ЦАП управления радиотрактом. Кроме того, он будет оснащен
дополнительными функциональными узлами, такими как ресемплер, входное
АРУ, преобразователи полярных координат в прямо
угольные и обратно, блок
управления мощностью передатчика. Уровень энергопотребления


порядка
100

200 мВт. На основе 1288ХК1Т можно будет реализовывать портативные
устройства для различных систем связи с шириной полосы до 2МГц, в том
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













числе таких стандарто
в связи, как GSM, IS
-
95 (C
DMA), cdma2000 (1X и 3X),
WCDMA
(UMTS).

Для создания законченного решения при разработке такого
рода устройств в компании ЭЛВИС создается аналоговы
й трансивер
"ФлексРадио" (рисунок 21
).

Первый образец рассчитан на СВ, КВ и УКВ
диа
пазоны ( до 500 МГц), последующие должны работать в гигагерцевых
диапазонах частот. С появлением цифрового и аналогового трансиверов
компания ЭЛВИС сможет поставлять законченный чипсет для разработки
беспроводной цифровой приёмопередающей аппаратуры.

Рису
нок 2.21


Аналоговый трансивер ©ФлексРадиоª



Произойти это должно уже в 2007 году.

Направление
высокопроизводител
ьных устройств семейства Мультип
лекс предс
тавлено
проектом MF02 (рисунок 2.22).










Рисунок 2.22
-

Цифровой трансивер
MF
02


Это


четырехканальный высокоскоростной цифровой приемопередатчик
без встроенных ЦАП/АЦП. Производительность каждого из четырех его
каналов будет превосходить суммарную производительность приемника
1288ХК1Т. Предполагается, что скорость входных отсчетов со
ставит не менее
200 МГц (не менее 400 МГц при объединении каналов), ширина полосы
обработки в одном канале


не менее 25 МГц, длина программируемых КИХ
-
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













фильтров


до 256 коэффициентов. Используются 20
-
разрядные коэффициенты
и 24
-
разрядные данные.

Заявленны
е характеристики трансивера MF02 позволяют создавать на его
основе самые современные системы беспроводной передачи данных, включая
приемопередающие тракты ФАР и базовых станций. К сожалению, крупные
заказчики, в том числе государственные, пока не проявили
к нему должного
интереса. А разрабатывать подобное устройство в рамках инициативного
проекта, учитывая его универсальность,


занятие достаточно дорогое.


В заключение отметим, что сам факт появления СБИС 1288ХК1Т
свидетельствует о высоком потенциале компа
нии ЭЛВИС. Новая микросхема,
безусловно, окажется полезной и востребованной на российском рынке, тем
более что по основным параметрам она не уступает зарубежным аналогам,
например, СБИС GC4016 (Texas Instruments), AD6634 (Analog Devi
ces) или
HSP50216 (Inte
rsil)
. И, разумеется, это


еще один "кирпичик" в универсальный
отечественный конструктор разработчика РЭА, к созданию которого столь
много усилий прикладывают специалисты компании ЭЛВИС.



























Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













3 Разработка структурной схемы аппаратной части
SDR
-
приёмника


Разработка любого радиоприёмного устройства (РПУ), способного
решить поставленные задачи, начинается с определения его структуры и
требуемых параметров. Особое внимание уделяется при выборе элементов для
структурной схемы. На сегодняшний день, имеется боль
шой выбор компаний у
которых можно выбрать и реализовать аппаратную часть.

Выбирая архитектуру приёмника, остановимся на современной схеме
SDR

приёмника. В нашем случае полоса приёмника составляет 20 МГц.

Рисунок 3.
1



Схема аппаратной части
SDR

приёмник
а


Схема аппаратной части содержит:

1.

Входные фильтры
;

2.

МШУ (малошумящий усилител
ь)
;

3.

Смеситель
;

4.

Фазовращатель
;

5.

Гетеродин
;

6.

ФНЧ (фильтр низких частот).

После ФНЧ сигнал поступает на АЦП. Важной проблемой является
соединение линейного тракта приёмника с входом АЦП.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата























Рисунок 3.2


Диаграмма уровней мощности в приёмнике


Характеристики предполагаемого АЦП:

-

максимальный уровень сигнала на входе 1

В (р
-
р, или полный размах)
;

-

число разрядов
n



12, 14, 16;

-

тактовая частота, или скорость выборки
F

sample

200 МГц.


3.1 Расчёт основных параметров линейного тракта приёмника


К основным параметрам линейного тракта приёмника при заданной
полосе тракта

и выбранном АЦП на входе цифрового приёмника относятся:

-

коэффициент усиления
G
пр
;

-

чувствительность приёмника, или минимально
-
детектируемый сигнал
MDS
;

-

коэффициент шума

NF
пр
;

-

динамический диапазон
DR
пр
.

Динамический диапазон можно определить разным
и способами,
определим для начала динамический диапазон, как отношение мощности
сигнала
P
1
dB

по выходу при сжатии на 1 дБ к
MDS
:


DR = P1dB


MDS

(3.1)


Чувствительность приёмника, или
MDS
, зависит от полосы сигнала и
коэффициента шума приёмника
NF
пр
. Все расчёты далее можно произвести,
воспользовавшись диаграммой уровней сигнала в приёмнике и
сопровождающими формулами.
Восполь
зовавшись выражением для
мин
имально
-
детектируемого сигнала:


MDS

=
-

174dB/Hz + 10lgB + NFпр;

(3.2)


и теорети
ческим значением отношения сиг
нал/шум для АЦП:


SNR = 6,02n + 1,76dB + 10lg Fs/2B , (3.3)

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата














где
n


число разрядов,


Fs



частота выборки,


B


полоса сигнала,

У
читывая шумы квантования Nq, получаем общее выраже
ние для расчёта
требуемого уси
ления линейного тракта G:


-

174dB/Hz + 10lgB + NFпр + 6,02n + +1,76dB + 10lg Fs/2B


Nq + G =
10дБм
,




(3.4)

или, требуемый коэффициент усиления равен
:


G = 174dB/Hz
-

10lgB
-

NFпр
-

6,02n
-

1,
76dB
-

10lg Fs/2B + Nq + 10 дБм.

(3.5)


Реал
ьно
достижимая величина коэффи
циента шум
а приёмника NFпр
составляет величину 6
-

15 dB, причём с ростом частоты

растёт и коэ
ффициент
шума. Возьмём для рас
чётов среднюю величину NFпр = 10 dB. Шум
квантования обычно принимают равным 6 dB, а частоту выборки
-

выб
ранной
по Найквисту. Расчёты по формуле (
3.5) представлены в таблице 3.1 для
различной разрядности АЦП.


Таблица 3.1
Расчёты требуемого коэффициента усиления

Число разрядов АЦП,

n

Коэффициент усиления
G

(полоса тракта 20МГц), дБ

12

38

14

26

16

14


3.2
Выбор элементов линейного тракта


Прежде всего, стоит определиться с входным диапазоном частот,
проектируемого тракта. В программно
-
определяемом радио, главной задачей
является охват, как можно большего диапазона частот. Эта система позволяет
иметь множес
тво режимов работы и набор диапазонов частот, переключение
между которыми осуществляется автоматически и динамически или удалённым
способом.

В результате анализа существующей элементной базы мной был выбран
диапазон 30
-
3500 МГц, охватывающий большой диапаз
он радиовещания,
телевиденья и сотовой связи, таких стандартов, как
GSM
,
UMTS
,
LTE
.


3.2.1 Выбор усилителя

Чувствительность РПУ определяется

прежде всего входным усилителем,
поэтому он должен быть малошумящим, то есть иметь низкий коэффициент
шума. Кроме того, быть широкополосным, то есть его усиление должно быть
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













достаточным во всём диапазоне частот приёмника, а так же иметь хорошую
линейность

и динамический диапазон.

Исходя из приведённых данных ранее, был выбран усилитель типа
WR
-
LNA
-
3500
производства компании
WiNRADiO
. Его характеристики приведены
ниже:

-

коэффициент шума
NF



1.7 дБ на частоте 500 МГц
;

-

коэффициент усиления 27 дБ на 500
МГц
;

-

рабочая температура от
-
40 до +60 С
0
;

-

мощность на выходе при сжатии на 1
dB

P
1
dB

= 22 дБм
;

-

точка
IP
3
= 30 дБм.

Это устройство содержит входной предусилитель с ультра
-
низким

собственным шумом, и предназначено для работы в диапазоне частот

30
-
3500
МГц.

Этот

малошумящий усилитель

идеально подходит к
SDR

приёмникам
, но
он может быть также использован для улучшения чувствительности
приемников большинства сторонних
производителей.

Усилитель выполнен на основе транзисторов последнего
поколения

кремний
-
германиевых гетеро
-
структурных биполярных
транзисторах

технология (SiGe

HBT). Применяя эти транзисторы у
далось
достичь высокоэффективного усилителя

сочетающий в себе наи
более важные
параметры усилителя при достаточно низкой стоимости: высокий коэффициент
усиления, низкий коэффициент шума и отличный уровень продуктов
интермодуляции третьего порядка.

Этот малошумящий усилительно, может
обеспечить отличный


приём и
минимальный различимый сигнал (MDS) на уровне примерно
-
140 дБм.

Кроме
того, усилитель содержит подходящий фильтр высоких частот для устранения
помех от AM радио и КВ
-
частот.


3.2.2 Разработка системы фильтров


Система фильтров, разбивает диапазон частот н
а поддиапазоны для того,
чтобы обеспечить линейные динамические характеристики.

Покупные системы такого типа чрезвычайно дороги, практически
недоступны и по параметрам не удовлетворяют предъявленным требованиям.

Разработанная нами система содержит 10 филь
тров, систему
коммутаторов и обеспечивает предварительную селекцию сигналов во всём
диапазоне частот, вплоть до 3.5 ГГц.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата



































Рисунок 3.3


Блок схема системы входных фильтров


Таблица 3.2 Разбиение частотного диапазона на поддиапазоны

Диапазон

Нижняя частота, МГц

Верхняя частота, МГц

1

30

128

2

128

256

3

256

428

4

428

650

5

650

972

6

972

1394

7

1394

1916

8

1916

2438

9

2438

2960

10

2960

3500



3.2.3 Расчёт фильтра

Фильтр ПАВ имеет на пьезоэлектрической подложке два
встречно
-
штырьевых преобразователя (ВШП), один из которых


входной, преобразует
приложенный электрический сигнал в ПАВ, а второй


выходной, осуществляет
обратное преобразование.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













На входной ВШП, имеющий
N

электродов, поступает акустический
сигнал
S
(
t
)
. Пр
и прохождении ПАВ под
i
-
ым электродом на электроде из
-
за
пьезоэффекта наводится заряд, пропорциональный
S
(
t
)
.

На шинах, соединяющих электроды ВШП, наводимые заряды
суммируются и электрический сигнал на выходе имеет вид:


ݕ
(
ݐ
)

=





ܵ

(
ݐ
)


=
1


(3.6
)


где
S
i
(
t
)



сигнал, принимаемый на
i
-
ом элементе
;


А
i



коэффициент, зависящий от материала подложки, геометрии
электродов.


Таким образом, выходной сигнал есть
линейная комбинация входного
сигнала, взятого в различные моменты времени с различными весовыми
коэффициентами, то есть фильтры на ПАВ относятся к кл
ассу трансверсальных
фильтров.
На рисунке 3.4 схематически представлена структура
трансверсального фильтра.














Рисунок 3.4


Схема трансверсального фильтра


Поступающий на вход фильтра сигнал рассматривается, как
распространяющая волна. Фильтрация производится по мере прохождения
сигнала через линию задержки и сложения соответствующих задержанных
сигналов. При определённых условиях все сигналы складываются синфазно
(полоса пропускания) или противофазно (полоса заграждения).

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Если на вход ВШП фильтра подать нулевой импульс электрического
напряжения, то возмущение распространяется к выходному преобраз
ователю
имеет вид:


1
(
ݐ
)

=



1




(
ݐ

ݔ


)
,


1

=
1



(3.7
)


где
N
1


число электродов преобразователя
;


A
1
i


-

©весаª электродов
;


x
i



координаты электродов
;







скорость поверхностной акустической волны.


При прохождении возмущения под выходным ВШП, на нём будет
получен сигнал:



2
(
ݐ
)

=
[


2




(
ݐ

ݔ


)
]


1
(
ݐ
)


2

=
1


(3.8
)


АЧХ фильтра ПАВ:


ܪ
(

)

=


(
ݐ
)

݁

௝�௧



݀ݐ



(3
.9
)

Фильтр, имеющий однородный ВШП, у которого веса электродов равны
между собой по абсолютному значению:


ܪ
(

)

=



(
ݐ
)

݁

௝�௧
݀ݐ



(3.
10
)


Фильтр,
имеющий однородные ВШП, у которых веса электродов равны
между собой по абсолютному значению, но имеют чередующие знаки, обладает
частотной характеристикой, описываемой выражением:



Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













ܪ
(

)

=

ܰ
2




sin
(


ܰ
2

݂

݂
0
2
݂
0
)


ܰ
2

݂

݂
0
2
݂
0




(3.11
)


Для получения АЧХ требуемой формы используют весовую обработку
электродов. Наиболее очевидным является внешнее взвешивание, когда с
помощью внешних шунтов между парами соседних электродов задаются
разности потенциалов про
порциональные амплитуде элемента импульсного
отклика. Однако физическая реализация ВШП такого типа крайне сложна.

Другой способ


изменение ширины электрода и межэлектронного

расстояния, что приводит к изменению градиента электрического поля.
Использованию данного метода препятствует технология фотолитографии. И
третий способ


это изменение степени перекрытия электродов


аподизация
(рисунок 3.5). Данный способ очень технолог
ичен и широко применяется в
практических разработках.


Рисунок 3.5


Аподизированный ВШП фильтра ПАВ


На практике можно реализовать лишь ограниченную во времени
импульсную характеристику, так как число электродов ВШП конечно. Это
приводит к уменьшению крут
изны скатов АЧХ, и вызывает появление
большого количества пиков неравномерности (осцилляций Гиббса). Один из
методов уменьшения осцилляций


использование сравнительно гладкой
функции окна, известны несколько функций: Хемминга, Чебышева, Кайзера.
Наиболее
часто используют функцию Хемминга, имеющую вид:


Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













݃
(
ݔ

)
=

݇

+

(
1



݇
)


ܿ݋ݏ

(
2


(
ݔ



0
.
5
ܮ
)
ܮ
)




(3.12
)

где
k
,
m



параметры функций, обычно принимают
k
=0.54
,
m
=1;


L



общая длинна ВШП.

Таким образом, степень перекрытия соседних

электродов (аподизация)
будет определяется по формуле:


ܹ

=
ܹ
0
ܪ
(
ݐ
)
max
ܪ
(
ݐ
)

݃
(
ݔ

)
=

ܹ
0
sin



(
݊�ݐ

ݐ
3
)



(
݊�ݐ

ݐ
3
)



(3.13
)


Перекрытие
n
-
го электрода

W
n


пропорционально значению огибающей
импульсной характеристики НЧ


прототипа в моменты времени:


ݐ


=

݊
�ݐ
=
݊
1
2
ܨ
0


(3.14
)


Максимальное перекрытие штырей
W
0

выбирается из условия:



ܹ
0

=
(
50

1000
)

ܨ
0


(3.15
)


Число штырей, его ширина, координаты расположения о общая длина
ВШП определяются соотношениями:


ܰ
=

ܶ
௠��
�ݐ




(3.16)


где
T
max



длительность
реализуемого импульсного отклика.


݈
=

݀
2
,


(3.17
)


ܺ

=
݊݀
,


(3.18
)


Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













где

n
=1
,2,3,….



ܮ
=
ܰ݀




(3.19
)


Значение
T
max

определяет крутизну спада АЧХ фильтра. Поэтому для
обоснованного выбора
T
max

следует рассчитать фактическую частотную
характеристику ВШП с учётом усиления импульсной характеристики
H
(
t
).

Полагая, что каждый штырь заменён источником акустической волны в
виде




функции, расположенным в центре штыря, частотная характеристика
будет иметь вид:


ܭ
(
݆�
)
=


(

1
)


ܹ


݁

௝�





=
0


(3.20)


Для согласования фильтра с ПАВ с внешним электрическими штырями
необходимо знать входную проводимость ВШП, электрическая эквивалентная
схема ВШП приведена на рисунке 3.6.


ܻ
вх
=
ܩ
вх
(

)
+
݆



вх


(3.21
)












Рисунок 3.6


Электрическая эквивалентная схема ВШП


Активная составляющая проводимости ВШП с аподизацией на
центральной частоте равна:


Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













ܩ
вх
=
4
݇
2


0

ܨ
0

ܹ
0

(


ܹ

ܹ
0


=
0
)
2


(3.22
)


Суммарная ёмкость электродов:


С
вх
=


0

ܹ
0


ܹ

ܹ
0


=
0





(3.23
)


Число штырей приёмного неаподизированного ВШП определяется
согласно:


ܰ

=

ܩ
вых
4
ܭ

2

0
ܹ
0
݂
0




(
3.24)


Здесь
G
вых

целесообразно выбрать исходя из условия согласования
выходного фильтра с последущей цепью, то есть или с характеристическим
сопротивлением тракта СВЧ (ρ
0
=50 Ом). Коэффициент трансформации
действительных составляющих сопротивлений генератора (предыдущей цеп
и)
и нагрузки равен:


ܭ

=
1
ܭ

=

ܴ
Г
ܴ



(3.25
)


где

K

�1;
R
Г
=1/
G
вых
;
R
H
=
ρ
0

или

R
H
=
R
ВХ
=
R
1
.


В соответствии с (3.25) выражение (3.24) примет вид:


ܰ

=
1

4
ܭ

ܴ

ܭ

2

0
ܹ
0
݂
0


(3.26
)


Для получения минимального числа штырей неаподизиванного ВШП,
коэффициент трансформации следует брать
K

=50.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Активная составляющая выходной проводимости и суммарная ёмкость
электродов ВШП без аподизации определяется соотношениями:


ܩ
вых
=
4
ܭ

2

0
ܹ
0
݂
0
ܰ

2
;


вых
=

0
ܹ
0
ܰ

.

(3.27
)


Исходные данные:

-

Центральная частота:
F
0
=
196 МГц.

-

Полоса пропускания на уровне 3 дБ П
_3
=
98

МГц.

-

Уровень боковых лепестков АЧХ, не более
-
60 дБ.

-

Коэффициент прямоугольности К
П
= П_
60
/

П_
3
=2;

Для обеспечения минимума вносимых фильтром потерь выберем
материал подложки ниобат лития (
K
s
2
=0.046%, С
0
=0.270 пФ
/
м,

=3488
м
/
с
).


В качестве фильтра прототипа выберем идеальный полосовой фильтр с
полосой пропускания П_3.

Центральная частота фильтра определяет временной интервал
дискретизации, следует при
n
=1
:



ݐ
=
1
2
ܨ
0
=

1
2

79

10
6
=
6
.
3

нс


Электроды ВШП распределены с шагом
d
, который определяется как:


݀
=


2
ܨ
0
=

3488
2

79

10
6
=
22
.
1

мкм


Для обеспечения симметричной структуры ВШП относительно среднего
электрода примем
T
max
=2
t
3
.

Снижение уровня боковых лепестков АЧХ обеспечим использованием
аподизации ВШП по Хеммингу, а также выбором интервала
T
max

равного 12
интервалам лепестков импульсной

характеристики. На рисунке 3.7 Построен
график функции
H
(
t
)

при:

ܶ
௠��
=
12
П

=

12
98

10
6
=

122.5 нс

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата



























Рисунок 3.7


Импульсная характеристика передающего ВШП

Число штырей передающего ВШП, ширину электрода и длину ВШП
определим по формулам
(3.16), (3.17), (3.19):


ܰ
=
122
.
5
6
.
3
=
19


݈
=

22
.
1
2
=
11
.
05

мкм


ܮ
=
19

22
.
1

10

6
=
0
.
42

мм


Максимальное перекрытие равняется:


ܹ
0
=
1000

3488
79

10
6
=
44

мм


В результате расчётов получены следующие данные для передающего
ВШП (по формулам (3.22), (3.23)):

-

Входная проводимость 2.2·10
-
4

См

-

Входная ёмкость 0.2
пФ

В качестве приёмного преобразователя использован неаподизированный
ВШП, со следующими параметрами:

-

Выходная проводимость 1.78·10
-
7

См

-

Выходная ёмкость 0.17
пФ

-

Число штырей 19.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













В нашем
приёмнике используется перестраиваемая система их десяти
фильтров, поэтому далее будет приведён расчёт для одного из них. Расчёты
остальных фильтров сведены в таблицу 3.3


Таблица 3.3


Результаты расчёта фильтров

№ фильтра

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Диапазон,
МГц


3
0
-
128

1
28
-
256

2
56
-
428

4
28
-
650

6
50
-
972

9
72
-
1394

1
394
-
1916

1916
-
2438

2
438
-
2960

2960
-
3500

Полоса, МГц

98

128

172

222

322

422

522

522

522

540

Параметры приёмного ВШП

Число
штырей

19

19

19

19

19

19

19

19

19

19

Выходная
ёмкость, пФ

0.4

0.23

0.17

0.14

0.11

0.03

0.02
5

0.02
1

0.019
5

0.017
8

Выходная
проводимость
, См

1.78


10
-
7

1.78


10
-
7

1.78


10
-
7

1.78


10
-
7

1.78


10
-
7

1.78


10
-
7

1.78

10
-
7

1.78

10
-
7

1.78

10
-
7

1.78

10
-
7



3.2.4 Выбор смесителя


В данное время существует большой выбор элементной
базы смесителя
разных типов. Смесители бывают трёх типов:

1.
Single
-
Device

Mixer

(
смеситель на одном нелинейном элементе, диод,
транзистор): является наименее эффективным, так как добавляет в
обрабатываемый сигнал шумы гетеродина, и поэтому всегда требует
наличия
фильтра
;

2.
Single
-
Balanced

Mixer

(балансным смеситель): позволяет решить
проблемы смесителя на одном компоненте, имея балансную схему включения
двух таких смесителей
;

3.
Double
-
Balanced

Mixer

(кольцевой балансный смеситель): обладает
наибольшими
потерями преобразования (наименьшим усилением) и меньшей
верхней частотой по сравнению с обычным балансным смесителем, но даёт
более широкую полосу пропускания.


Основные преимущества балансных схем перед
однокомпонентными устройствами:


-

Подавление паразитных и интермодуляционных продуктов
;

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата














-

Наилучшая изоляция сигналов между высокочастотным входом,
входом гетеродина и выходным сигналом
;


-

Подавление амплитудных шумов гетеродина
;

Лучшим является кольцевой балансным сме
ситель, из
-
за своих хороших
показателей по динамическому диапазону.

Динамический диапазон. Это одна из наиболее важных технических
характеристик смесителя. Значительный рост числа используемых
передатчиков и наличие источников помех означает, что совреме
нные
радиоприёмники, как правило, работают в жёстких условиях помех.

Выбираем смеситель производства компании
Linear

Technology

высоколинейный смеситель
LTC
5510

для систем с преобразованием частоты
вверх и вниз.

Таблица 3.4 Х
арактеристики

LTC5510


Параметр


Значение

Диапазон частот


0
-
6000 МГц

Потери преобразования

1.5 дБ

Коэффициент шума

7.25

дБ

IP
3

25 дБм

Максимальный входной уровень сигнала

15 дБм

Минимальный уровень сигнала гетеродина

-
6 дБм

Максимальный входной уровень сигнала
гетеродина

10 дБм

Напряжения питания


5

В

Ток питания

105 мА



3.2.5 Выбор гетеродина

Наиболее оптимальный вариант, на мой взгляд, это синтезатор прямого
синтеза (DDS). Он прост по конструкции, содержит минимум элементов
и
практически не требует
налад
ки. В качестве о
сновы синтезатора я выбрал
мик
росхе
му AD9951 фирмы ©Analog devicesª
. Она способна работ
ать с
тактовой частотой до 400 М
Гц, что теоретически позволяет формировать
сигнал с частотой до 200

мГц. В данной конструкции мак
симальная частота
г
етер
одина 130 мГц. В общем, AD9951
-

это разумный компромисс между
ценой, простотой реализац
ии и качеством работы.

Характеристики
AD
9951
:

-

ч
астота внутреннего тактового сигнала 400 МГц;

-

и
нтегрированный 14
-
разрядный ЦАП;

-

р
азрядность слова настройки
частоты 32 бита;

-

ф
азовый шум ≤

120 дБн/Гц при отстройке 1 кГц (на выходе ЦАП);

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













-
п
ревосходные динамические показатели
>80 дБ при частоте выходного
сигнала 160 МГц (отстройка ±100 кГц) A
OUT
;

-

п
оследовательный порт ввода/вывода;

-

н
апряжение питания 1.8 В
;

-

п
рограммно и аппаратно управляемый режим пониженного
энергопотребления;

-

48
-
выводный корпус TQFP/EP;

-

п
оддержка 5
-
вольтовых входных сигналов на большинстве цифровых
входов;

-

у
множитель частоты REFCLK на основе схемы ФАПЧ (коэффициент
умножения от 4×

до 20×);


3.2.6 Выбор переключателей и аттенюатора


Выбраны высокочастотные переключатели компании
MACOM
.
Переключатель типа
MASW
-
000932
делит весь частотный диапазон на два
поддиапазона: от 30 до 1394 МГц и от 1394 до 3500 МГц. Он отличается
высокой
линейностью, отличной изоляцией и соотношением потерь.

Дальше каждый поддиапазон разбивается на 5 диапазонов
переключателем
MASW
-
010351
-
TR
3000
.

Далее по тракту, после фильтров и переключателя включён аттенюатор с
цифровым управлением от 0 до 31.5 дБ через
0.5 дБ. Аттенюатор управляется
программно и служит для ограничения мощных сигналов, выравнивания АЧХ и
регулировки усиления в приёмнике в целом.
Тип аттенюатора
HMC542BLP4E
компании
Analog

Device
.

Краткие характеристики переключателей и аттенюатора
представлены
ниже в таблицах 3.
5
, 3.
6

и 3.
7
.


Таблица 3.
5



Характеристики
MASW
-
000932

Параметр

Значение

Диапазон частот

10
-
4000 МГц

Вносимые потери


0.6 дБ

IP
3

72 дБм

Управляющее напряжение


0
-
5 В

Максимальная рабочая температура


+85 С

Минимальная рабочая температура


-
40 С





Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата














Таблица 3.
6



Характеристики
MASW
-
010351
-
TR
3000

Параметр

Значение

Диапазон частот

10
-
4000 МГц

Вносимые потери


1 дБ

IP
3


50 дБм

Управляющее напряжение


5

В

Максимальная рабочая температура


+85 С

Минимальная рабочая температура


-
40 С


Таблица 3.
7



Характеристики

HMC542BLP4E

Параметр

Значение

Диапазон частот

10
-
4000 МГц

Диапазон регулировки усиления


31.5 дБ

Напряжение питания


5 В

Вносимые потери


1.7 дБ

IP3


50 дБм

Длина шага аттенюатора


0.5 дБ

Максимальная рабочая температура


+85 С

Минимальная рабочая температура


-
40 С


3.3 Расчёт коэффициентов у
силения и коэффициента шума прие
много
тракта


Общий коэффициент усиления прие
мника равен:

ܭ
пр
=
ܭ
1
+
ܭ
2
+
ܭ
3
+

+
ܭ


,


(3.30)

Где
K
1
,
K
2
,
K
3
,
K
n



коэффициенты усиления отдельных элементов тракта
и шума элементов тракта приёма, взяты из технических
характеристик
э
лементов и сведены в таблицу 3.
8
.

Таблица 3.
8



Коэффициенты усиления и шума эле
ментов тракта прие
ма

Параметр

К (дБ)

К (разы)

NF
пр
(дБ)

NF
пр
(разы)


Входные фильтры


-
3.8


0.417

2.8

1.91

МШУ


27


501

1.7

1.48


Аттенюатор


-
1.8


0.661

1.5

1.41

Смеситель


-
7.2


0.191

7.25

5.31

ФНЧ


-
1.5


0.708

2

1.58


K
пр
=


-
3.8 + 27


1.8
-

7.2
-

1.5 = 12.7 дБ


Общая блок
-
схема прие
мника представлена на рисунке 3.8. Ниже указаны

какие коэффициенты усиления и потерь в этих элементах.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Надо заметить, что расчёт усиления усилителя типа
WR
-
LNA
-
3500

в
сре
днем равен 12

дБ.

Из приведённой диаграммы видно, что для 12 разрядный АЦП легко
добиться требуемого усиления, используя усилители.

Используя известную формулу общего коэффициента шума нескольких
соединённых последовательно каскадов, найдём коэффициент шума приёмного
тракта.

Ш
пр
=

Ш
1
+

Ш
2

1
К
1
+

Ш
3

1
К
1

К
2
+

Ш
4

1
К
1

К
2

К
3
+



(3.31)

Ш
пр


= 3.12


Ш
пр

= 10
log
(
Ш
пр
) = 4.94
дБ


Рисунок 3.8


Блок схема прие
мника с диаграммой уровней вносимого блоками
усиления

и потерь


Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Расчёты коэффициента шума
Ш
пр

приёмника показывают, что
коэффициент шума не превышает 6.5 дБ.

Выбор усилителя с параметрами
P
1
dB

= 22 дБм и
IP
3

= 30 дБм
гарантирует высокую динамику радиоприёмного устройства.


3.4 Выбор АЦП

Одним из важных
компонентов в программно
-
определяемом радио
является АЦП. От его характеристик зависят такие важные параметры, как
полоса принимаемого сигнала, коэффициент шума в преобразованном сигнале
и чувствительность всей системы в целом. Современные производители
ми
кроэлектронных устройств выпускают высокоскоростные АЦП с большой
разрешающей способностью.

От характеристик АЦП зависит минимальный уровень сигнала, который
может быть оцифрован, что определяет чувствительность приёмника и уровень
необходимого предварител
ьного усиления.

Мною был выбран 12 битный АЦП
ADS
4229
компании производителя
Texas

Instruments

с быстродействием 250 миллионов выборок в секунду.

Коэффици
ент усиления прие
много тракта для работы с этим АЦП не
должен превышать:

G
max
=174
dB
/
Hz
-
10
lgB
-
NF
пр
-
SNR
+
P
max
, (3.6)

где
P
max



максимальный уровень сигнала на входе АЦП.

При использовании данного АЦП в режиме симметричного входа размах
входного напряжения равен 2В (от
-
1 до 1 В), входное сопротивление
составляет 750 Ом. Исходя из этого:

P
max

= 10
lg
(
U
2
/
R
/1
мв
) = 10
lg
(1
2
/750/0.001) = 1.25
дБм


(3.7)

G
max
=174
dB
/
Hz
-
10
lg
(20*10
6
)
-
4.94
-
65+1.25=32.3
дБ


Тракт

прие
мника, с коэффициентом усиления
G
пр

= 12.7

дБ
(подсчитанный выше), подходит по требованию АЦП к максимальному уровню
сигнала на входе.











Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













4 Описание принципиальной схемы приёмника


На основе выбранной структурной схемы и расчётам, приведённым в
главе 3 составляем структурную схему аппаратной части приёмника. Приёмник
построен по схеме современного
SDR

приёмника.


4.1 Описание принципиальной схемы цепей радиотракта


Входной радио
сигнал в диапазоне 30
-
3500 МГц с антенного устройства
поступает на систему из трёх высокочастотных переключателей
SF
1 (
MASW
-
000932
MACOM
),
SF
2
,
SF
3
(
MASW
-
010351
-
TR
3000

MACOM
) и ,

в
зависимости от настройки приёмника на определённую частоту, выделяет на
одном из 10 ПАВ фильтров (
F
1
-
F
10
)
. Далее по тракту сигнал суммируется
системой переключателей, аналогичной входной, которая позволяет улучшить
изоляцию между каналами. Конденсаторы
С1
-
С30 являются блокирующими.

Широкополосный усилитель
BS

(
WR
-
LNA
-
3500
WiNRADiO
),
обеспечивает предварительное усиление во всём диапазоне частот. Аттенюатор
AT

(
HMC542BLP4E

Analog

Device
),служит для ограничения мощных сигналов,
выравнивания АЧХ и регулировки усиления в приёмнике в целом, имеет
цифровое управление. Трансформатор
T
1
обеспечивает согласование
несимметричного выхода аттенюатора
AT

с симметричным входом смесителя

(
SM

на схеме
цепей преобразования).




4.2 Описание принципиальной схемы цепей преобразования


Смеситель
SM

(
LTC
5510

Linear

Technology
) смешивая входной сигнал с
сигналом гетеродина
GN

(
AD
9951

Analog

Device
) переносит спектр с
игнала на
промежуточную частоту, равную 2923 МГц.
Промежуточная частота
выделяется фильтром
F
1
(
ELB
2
A
007
Panasonic

E
.
C
.
) с полосой пропускания 20
МГц. Трансформатор
T
1
обеспечивает согласование симметричного выхода
смесителя
SM

с несимметричным входом фильтра
F
1
.
Далее сигнал после
фильтра поступает на АЦП.












Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













5 Безопасность жизнедеятельности


5.1 Обзор вредных факторов


В настоящее время персональный компьютер (ПК) является основным
рабочим инструментом многих категорий
людей. Основной объём информации
человек


оператор получает с помощью зрительного анализатора.
Представление информации в удобном для восприятия виде осуществляется
устройствами отображения. Между тем, согласно результатам исследований,
существует ряд при
чин в результате действий которых, работа с компьютером
попадает в разряд потенциально опасных для здоровья.

Работая с ПК, оператор подвергается воздействию следующих
психофизических факторов: умственное перенапряжение, перенапряжение
слуховых и зрительных

анализаторов, эмоциональные перегрузки,
монотонность труда. Кроме того, работа операторов связана с воздействием
таких опасных и вредных факторов, как повышенный уровень шума,
недостаточная освещённость, электромагнитное излучение и повышенная
температура

внешней среды.

Влияние выше упомянутых факторов приводит к снижению
работоспособности человека, вызываемому утомлением. Появление и развитие
утомления вызывает изменения в центральной нервной системе человека. В
результате длительное нахождение человека в зоне воздействи
е многих
различных и опасных вредных факторов, может привести к профессиональному
заболеванию. Множество примеров связи между работой на компьютере и
такими недомоганиями, как астенопия (быстрая утомляемость глаз),
болезненное поражение срединного нерва за
пястья (туннельный синдром),
тендениты (воспалительные процессы в тканях сухожилий), стенокардия и
продолжительные различные стрессовые состояния, хронические головные
боли, головокружения, повышенная возбудимость, головные боли,
депрессивное состояние, сн
ижение концентрации внимания, частые нарушения
сна, боли шеи и спины (остеохондроз).

Согласно медицинской статистике, в 80% случаев причиной болей в
спине является остеохондроз


дистрофия тканей межпозвонковых дисков,
сопровождающаяся ослаблением их аморт
изирующих свойств. Вследствие
обезвоживания и нарушения обмена веществ в хрящевой ткани
межпозвонковые диски теряют свою упругость, усыхают, уменьшаются в
размерах и, как следствие, не могут эффективно выполнять свои функции. При
остеохондрозе ухудшается с
остояние околопозвоночных мышц и связок,
особенно при физических нагрузках. Если здоровый межпозвонковый диск
способен выдержать воздействие вертикальной нагрузки, эквивалентной
примерно 500 кг, то при остеохондрозе разрыв диска происходит уже при
нагрузке

порядка 200 кг.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Основным источником проблем, связанных с охраной здоровья людей,
использующих в своей работе персональные компьютеры, является дисплей с
электронно
-
лучевыми трубками (ЭЛТ). Они представляют собой источники
наиболее вредных излучений,
неблагоприятно влияющих на здоровье
операторов. Выделяют два наиболее неблагоприятных типа излучений,
возникающих при работе монитора: электростатическое изучение и
электромагнитное излучение. Первое возникает в результате облучения экрана
потоком заряженн
ых частиц. Неприятности, вызванные им, связаны с пылью,
накапливающейся на электростатических заряженных экранах, которая летит
на пользователя во время его работы за дисплеем. Результаты медицинских
исследований показали, что такая электризованная пыль мо
жет вызвать
воспаление кожи.

Электромагнитное излучение создаётся магнитными катушками
отклоняющейся системы, находящейся около цокольной части ЭЛТ.
Специальные измерения показали, что невидимые силовые поля появляются
даже вокруг головы оператора во время

его работы за дисплеем. Частотный
спектр излучения монитора характеризуется наличием рентгеновских,
ультрафиолетовых, инфракрасных и других электромагнитных колебаний.
Опасность рентгеновских и части других излучений большинством ученых
признаётся пренебр
ежимо малой, поскольку их уровень достаточно невелик и в
основном поглощается покрытием экрана. Наиболее тяжёлая ситуация связана,
по
-
видимому, с полями излучений очень низких частот, которые, как
выяснилось, способны вызывать биологические эффекты при воз
действии на
живые организмы. Было обнаружено, что электромагнитные поля с частотой
порядка 60 Гц могут инициировать изменения в клетках животных (вплоть до
нарушения синтеза ДНК). Особенно поразительным для исследований оказался
факт, что в отличие наприме
р, от рентгеновского излучения, электромагнитные
волны обладают непривычным свойством


опасность их воздействия при
снижении интенсивности излучения не уменьшается, мало того, некоторые
поля действуют на клетки тела только при малых интенсивностях или на
конкретных частотах. Согласно одному из объяснений сформулированных
американскими учёными, переменное электромагнитное поле, совершающее
колебаний с частотой 60 кГц, вовлекает в аналогичные колебания молекулы
любого типа, независимо от того, находятся они
в мозге или в теле человека.
Результатом этого является изменение активности ферментов и клеточного
иммунитета, причём сходные процессы наблюдаются в организмах при
возникновении опухолей. Специальные измерения показали, что мониторы
действительно излучают

магнитные волны, по интенсивности не уступающие
уровням магнитных полей, способных обуславливать возникновении опухолей
у людей.

Основным средством защиты от вредного влияния дисплея является
защитный экран. Зрение оператора больше всего страдает от излиш
ней яркости
монитора, недостаточной контрастности изображения, а также посторонних
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













бликов и рассеивания света на поверхности дисплея. В результате человек за
компьютером быстро устаёт, ухудшается внимание, снижается
работоспособность.

Защитный экран умень
шает общую яркость монитора, в тоже время
детали изображения с малой яркостью остаются хорошо видимыми, так как
общая контрастность увеличивается. Краски изображения становятся более
сочными, так как пропадает серый фоновый цвет, связанный с рассеиванием
с
вета эмульсии. Снижается внешняя освещённость экрана монитора,
устраняются блики на поверхности дисплея.

Кроме того, экраны сетчатого вида устраняют отражения окружающих
предметов и источником света, неизбежно присутствующих на гладкой
поверхности экрана и

причиняющие неудобство оператору.

Нормировать излучения нужно так, чтобы их вред был минимальным, а
условия труда комфортными. Мощность экспозиционной дозы рентгеновского
излучения в любой точке на расстоянии 50 см от экрана и корпуса монитора не
должен п
ревышать 7,74·10
-
12

А
/
кг, что соответствует эквивалентной дозе 100
мкР
/
час. Опыт всех измерений показывает, что реально в этой точке
фиксируется значения раз в 10 меньше, а на рабочем месте пользователя
рентгеновское излучение не отличается от фонового. Эл
ектромагнитные поля,
генерируемые компьютером, включают широкую полосу частот от нескольких
герц до нескольких мегагерц. По мнению специалистов в области
электромагнитобиологии и гигиены труда, этот вид излучения может являться
ответственным за целый ряд н
едомоганий и приводить к функциональным
нарушениям в работе пользователя.


5.2 Требования к электромагнитному излучению


Санитарные нормы регламентируют излучение только в полосе частот от
5 Гц до 400 кГц. Здесь, как и в некоторых других местах, отечествен
ные
санитарные нормы полностью повторяют значения шведских норм
MPR

2
,
разработанных ещё в начале 90
-
х годов, но до сих пор являющихся
недостижимым идеалом для массы пользователей в России. Допустимые
значения параметров неионизирующих электромагнитных
излучений:

-

Напряжённость электромагнитного поля по электрической
составляющей на расстоянии 50 см от поверхности видеомонитора


10 В
/
м.

-

Напряжённость электромагнитного поля по магнитной составляющей на
ра
сстоянии 50 см от поверхности ви
деомонитора


0
,3 А
/
м.

-

Напряжённость электромагнитного поля на расстоянии 50 см вокруг
ВДТ по электрической составляющей должна быть не более:

в диапазона частот 5 Гц
-
2 кГц


25 В
/
м
;

в диапазоне частот 2 кГц
-
400 кГц


2,5 В
/
м
;

-

Плотность магнитного потока должна быть
не более:

в диапазона частот 5 Гц
-
2 кГц


250 нТл
;

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













в диапазоне частот 2 кГц
-
400 кГц


25 нТл
;

-

Поверхностный электростатический потенциал не должен превышать


500В.

Отрицательно сказывается на человеческом организме увеличение
количества положительно зар
яженных ионов в воздухе вблизи работающего
дисплея. Медицинские исследования показали, что долговременное
пребывание в деионизированной среде воздействует на метаболизм и привод к
изменению биохимической реакции в крови на клеточном уровне, что нередко
зак
анчивается стрессом.


5.3

Требования к рабочему месту оператора


Важную роль играет планировка рабочего места, которая должна
удовлетворять требования удобства выполнения работ и экономии энергии и
времени оператора, удобства обслуживания ЭВМ, соблюдения правил охраны
труда. Рабочие места ЭВМ по отношению к световым про
ёмам должны
располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно
слева. Экран видеомонитора должен находится от глаз оператора на
оптимальном расстоянии 50
-
70 см с учётом размеров алфавитно
-
цифровых
знаков и символов.

Схемы размещения
рабочих мест с ЭВМ должны учитывать расстояния
между рабочими столами с видеомониторами (в направлении тыла поверхности
одного видеомонитора и экрана другого видеомонитора), которое должно быть
не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями виде
омониторов


не менее 1,2 м.

Оконные проёмы в помещениях использования ЭВМ должны быть
оборудованы регулируемыми устройствами типа жалюзи, занавесей, внешних
козырьков.

Рабочие места с ЭВМ при выполнении творческой работы, требующей
значительного умственно
го напряжения или высокой концентрации внимания,
следует изолировать друг от друг перегородками высотой 1,5



2,0 м.

При планировке рабочего места необходимо учитывать зоны
досягаемости рук при расположении дисплеев, клавиатуры ЭВМ. Конструкция
рабочего с
тула (кресла) должна обеспечивать оптимальное размещение на
рабочей поверхности используемого оборудования с учётом его количества и
конструктивных особенностей (размер ЭВМ, клавиатуры), характера
выполняемой работы. При этом допускается использование рабо
чих столов
различных конструкций, отвечающих современными требованиям эргономики.
Рабочий стул, должен быть подъёмно
-
поворотным и регулируемым по высоте и
углам наклона сидения и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края
сиденья, при этом регулир
овка каждого параметра, должна быть независимой
друг от друга, легко осуществляемой и иметь надёжную фиксацию.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Поверхность сиденья, спинки и других элементов стула, должна быть
полумягкой с нескользящим, не электризующимся и воздухопроницаемым
покрытием, о
беспечивающим легкую очистку от загрязнения.

Площадь рабочего места пользователя ПК с ЭЛТ
-
дисплеем должна
составлять не менее 6 м2, для ПК с плоским дисплеем


4,5 м2 (объемные
нормы на одного человека
не менее 20 м3
). В помещениях должна проводиться
ежедневная влажная уборка и систематическое проветривание после каждого
часа работы. Шумящее оборудование (печатающие устройства, сканеры,
серверы и тому подобные), уровни шума которого
превышают нормативные,
должно размещаться вне рабочих мест сотрудников.

Важно, чтобы офисный работник сидя за компьютером находился за
хорошо освещённым рабочим столом. Чаще всего именно плохое освещение
рабочего места оказывает более пагубное для зрения в
лияние, чем сам факт
нахождения за компьютером.

Рабочие столы следует размещать таким образом, чтобы мониторы были
ориентированы боковой стороной к световым проемам, чтобы естественный
свет падал преимущественно слева.

При размещении рабочих мест расстояни
е между рабочими столами
должно быть не менее 2,0

м, а расстояние между боковыми поверхностями
видеомониторов



не менее 1,2

м.

Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное
размещение на рабочей поверхности используемого оборудования. Высота
рабочей поверхности стола должна составлять 725

мм, рабочая поверхность
стола должна иметь ширину 800..1400

мм и глубину 800..1000

мм. Рабочий стол
должен иметь пространство для ног высотой не менее 600

мм, шириной



не
менее 500

мм, глубиной на уровне кол
ен



не менее 450

мм и на уровне
вытянутых ног



не менее 650

мм.

Конструкция рабочего стула или кресла должна обеспечивать
поддержание рациональной рабочей позы работника и позволять изменять позу
с целью снижения статического напряжения мышц шейно
-
плечев
ой области и
спины. Рабочий стул или кресло должны быть подъемно
-
поворотными,
регулируемыми по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также
расстоянию спинки от переднего края сиденья, при этом регулировка каждого
параметра должна быть независимой, лег
ко осуществляемой и иметь надежную
фиксацию.

Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии
100..300

мм от края, обращенного к пользователю, или на специальной
поверхности, отделенной от основной столешницы.

Экран видеомонитора должен на
ходиться от глаз пользователя на
расстоянии 600..700

мм, но не ближе 500.

Наиболее удобным считают сиденье, имеющие выемку,
соответствующую форме бёдер и наклон назад. Спинка стула должна быть
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













изогнутой формы, облегающей поясницу. Длина её должна быть окол
о 30 см, а
ширина 11 см, радиус изгиба 30
-
35 см.

Движения оператора должны быть такими, чтобы группы мышц его были
нагружены равномерно, а лишние непроизводительные движения устранены.

Во время работы оператора не должен подвергаться воздействию
посторонни
х раздражителей, которыми могут быть, мрачная окраска столов и
помещения. Поэтому всеми средствами необходимо снижать утомление и
напряжения оператора ЭВМ, создавая обстановку комфорта. Рассмотрим
требования безопасности во время работы.

Размещение рабочих

мест с ЭВМ во всех учебных заведениях не
допускается в цокольных и подвальных помещениях. Помещения для занятий с
использованием ЭВМ в высших учебных заведениях должны быть
оборудованы одноместными столами, предназначенными для работы на ЭВМ.
Конструкция
одноместного стола для работы с ЭВМ, должна предусматривать:

-

Две раздельные поверхности: одна горизонтальная для размещения
ЭВМ с главной регулировкой по высоте и углу наклона от 0 до 15 градусов с
надёжной фиксацией в оптимальном рабочем положении (12
-
1
5 градусов), что
способствует поддержанию правильной рабочей позы студента, без резкого
наклона головы вперёд.

-

Ширину поверхности для ЭВМ и клавиатуры не менее 750 мм (ширина
обеих поверхностей должна быть одинакова) и глубину не менее 550 мм.

-

Опору по
верхности для ЭВМ и для клавиатуры на стояк в котором
должны находится провода электропитания и кабель локальной сети.
Основание стояка следует совмещать с подставкой для ног.

-

Отсутствие ящиков.

-

Увеличение ширины поверхностей до 1200 мм при оснащении
р
аботающего с ЭВМ и высота пространства для него должны соответствовать
росту оператора в обуви. При наличии высокого стола и стула, не
соответствующего росту оператора, необходимо обязательно пользоваться
регулируемой по высоте подставкой для ног. Уровень
глаз при вертикально
расположенном экране ВДТ должен приходиться на центр или 2
/3
высоты
экрана. Линия взора перпендикулярна центру экрана и оптимальное её
отклонение от перпендикуляра, проходящего через центр экрана в
вертикальной плоскости, не должно пре
вышать плюс
-
минус 5 градусов,
допустимое плюс
-
минус 10 градусов.

В случаях производственной необходимости эксплуатация ЭВМ в
помещениях без естественного освещения может проводится только по
согласованию с органами и учреждениями государственного санитарно
-
эпидемиологического надзора. Площадь на одно рабочее место с ЭВМ во всех
учебных учреждениях должна быть не менее 4,5 квадратных метров, а объём


не менее 24,0 кубических метров.

Для внутренней отделки интерьера помещений с ЭВМ должны
использоваться дифф
узно
-
отражающие материалы с коэффициентом отражения
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













для потолка


0,7
-
0,8, для стен


0,5
-
0,6, для пола


0,3
-
0,5. В дошкольных и
всех учебных учреждениях, включая вузы, запрещается для отделки
внутреннего интерьера помещений с ЭВМ применять полимерные мат
ериалы
(древесностружечные плиты, слоистый бумажный пластик, синтетические
ковровые покрытия и др), выделяющие в воздух вредные химические вещества.
Поверхность пола в помещениях эксплуатации ЭВМ должны быть ровной, без
выбоин, нескользкой, удобной для очи
стки и влажной уборки, обладать
антистатическими свойствами. В помещениях с ЭВМ ежедневно должна
производиться влажная уборка. Помещения с ЭВМ должны быть оснащены
аптечкой первой помощи и углекислотными огнетушителями.


5.
4

Требования к микроклимату


На
функциональную деятельность, самочувствие и здоровье человека
влияют многие микроклиматические параметры окружающей среды, а также
они влияют и на надёжность работы средств вычислительной техники.

Особенно большое влияние на микроклимат оказывают источники

теплоты в дисплейных залах являются: ЭВМ, приборы освещения,
обслуживающий персонал. Средняя величина тепловыделений составляет 310
Вт
/
мм. Удельная величина тепловыделений от приборов освещения составляет
30
-
60 Вт
/
мм. Количество теплоты от обслуживающего
персонала невелико и
зависит от числа работающих в помещении и интенсивности работы,
выполняемой человеком, кроме того, на суммарные тепловыделения оказывают
влияние внешние источники поступлений теплоты. К ним относят теплоту,
поступающую через окна от со
лнечной радиации, приток теплоты через
непрозрачные ограждающие конструкции.

Для повышения влажности воздуха в помещениях с ЭВМ применять
увлажнители воздуха, заправляемые ежедневно дистиллированной или
прокипячённой питьевой водой. Помещения с ЭВМ перед н
ачалом и после
каждого академического часа учебных занятий должны быть проветрены, что
обеспечивает улучшение качественного состава воздуха, в том числе и
аэроионный режим. Содержание вредных химических веществ в воздухе
помещений использования ЭВМ во всех

учебных заведениях не должно
превышать среднесуточных концентраций для атмосферного воздуха.
Запрещается проводить ремонт ЭВМ непосредственно в рабочих и учебных
помещениях.

Особое внимание стоит обратить на влияние относительной вложности
воздуха, так ка
к при влажности воздуха до 40% становится хрупкой основа
магнитной ленты, повышается износ магнитных головок, возникает статическое
электричество при движении носителей информации в ЭВМ. При
относительной влажности воздуха 75
-
80% снижается сопротивление из
оляций,
изменяются рабочие характеристики элементов ЭВМ. Стоит обратить внимание
на скорость движения воздуха, так как она играет не посредственную роль в
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













функциональной деятельности человека на работу высокоскоростных
устройств печати. Большое влияние на
здоровье и самочувствие операторов
ЭВМ, а также на работу устройств ЭВМ (магнитные диски, печатающие
устройства) оказывает запылённость окружающего воздушного пространства.

Для создания нормальных условий работы для операторов ЭВМ были
установлены нормы ми
кроклимата. Этими нормами устанавливаются
оптимальные и допустимые значения температуры, относительной влажности и
скорости движения воздуха в дисплейных помещениях с учётом избытков
явной теплоты, тяжести выполняемой работы и сезонов года.

Под оптимальным

микроклиматическими параметрами принято понимать
такие, которые при длительном и систематическом воздействии на человека
обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового
состояния организма без напряжения реакций терморегуляций, создают
ощу
щение теплового комфорта и являются предпосылкой высокого уровня
работоспособности. В помещениях с ЭВМ в высших учебных заведениях
должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата. Оптимальные
норм микроклимата для помещений с ЭВМ отражены в таблиц
е 5.1.


Таблица 5.1


Оптимальные норм микроклимата для помещений с ЭВМ

Оптимальные параметры

Допустимые параметры

Температура,
град.,С
0

Относительная
влажность, %

Температура,
град.,С
0

Относительная
влажность, %

19

62

18

39

20

58

20

35

21

55

22

31


5.5

Электробезопасность


В тех случаях, когда раздражающие действие тока становится насколько
сильным, что человек не в состоянии освободится от контакта, возникает
опасность длительного протекания тока через тело человека. Длительное
воздействие таких ток
ов может привести к затруднению и нарушению дыхания.
Для переменного тока промышленной частоты сила, не отпускающего тока,
находится в пределах 6…20мА и более. Постоянный ток не вызывает не
отпускающего эффекта, а приводит к сильных болевым ощущениям, сила

которого тока 15…80 мА и более.

При протекании тока в несколько сотых долей ампера возникает
опасность работы сердца. Может возникнуть его фибрилляция, то есть
беспорядочные, не скоординированные сокращения волокон сердечной
мышцы, при этом сердце не в со
стоянии гнать кровь по сосудам, происходит
остановка кровообращения, после чего следует полная остановка сердца. Как
показывают экспериментальные исследования, пороговые фибрилляционные
токи зависят от массы организма, длительности протекания тока и его пу
ти.
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Рассмотренные реакции организма на действия электрического тока позволили
установить три уровня допускаемых токов.

Первый уровень


неощутимый ток, который не вызывает нарушений
деятельности организма и допускается через тело человека при обслуживании
электрооборудования. Для переменного тока частотой 50 Гц, он составляет
0,3мА, для постоянного


1мА.

Второй уровень


отпускающий ток. Действие такого тока на человека
допустимо, если длительность его протекания не превышает 30 секунд. Сила
отпускающего т
ока: для переменного


0,6мА, для постоянного


15мА.

Третий уровень


фибрилляционный ток, действующий кратковременно
до 1 секунды. Сила тока: для переменного тока


50А, для постоянного


200мА.

Электроустановки, к которым относится практически всё обор
удование
ЭВМ, представляют для человека большую потенциальную опасность, так как в
процессе эксплуатации или проведения профилактических работ человек может
коснуться частей, находящихся под напряжением. Специфическая опасность
электроустановок: токоведущи
е проводники, корпуса стоек ЭВМ и прочего
оборудования, оказавшего под напряжением в результате повреждения
(пробоя) изоляции, не подают каких
-
либо сигналов, которые предупредили бы
человека об опасности. Реакция человека на электрический ток возникает лиш
ь
при протекании последнего через тело человека.

Большое значение для предотвращения электротравматизма имеет
правильная организация обслуживания действующих электроустановок,
проведение ремонтных и профилактических работ, осуществляется с помощью
следующи
х мер: оформление наряда, допуск к работе, надзор во время работы,
производство отключений во время ремонта, вывешивание предупредительных
плакатов и знаков безопасности, проверка отсутствия напряжения, наложение
заземления.

Экспериментальные исследования
показали, что человек начинает
ощущать раздражающие действие переменного тока промышленной частоты
силой 0,6…1,5мА и постоянного 5…7мА. Эти токи не представляют серьёзной
опасности для деятельности организма человека, так и при такой силе тока
возможно сам
остоятельное освобождение человека от контакта с
токоведущими частями, то допустимо его длительное протекание через тело
человека. В тех случаях, когда раздражающее действие тока становится
настолько сильным, что человек не в состоянии освободится от конта
кта,
возникает опасность длительного протекания тока через тело человека.

Основные методы защиты от действие тока


защитное заземление и
защитное зануление.

Весь персонал в обязательном порядке инструктируется о мерах
электробезопасности.



Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













5.6

Требования к освещению


Повышение производительности труда, положительного
психологического воздействия, высокой работоспособности можно добиться
при правильном проектировании и расположении освещения. О важности
вопроса освещения для дисплейных залов гов
орит тот факт, что основной
объём информации (около 90%) оператор получает по зрительному каналу. К
системам освещения предъявляют следующие требования:

-

Соответствие уровня освещённости рабочих мест характеру
выполняемой работы
;

-

Достаточно равномерное
распределение яркости на рабочих
поверхностях и в окружающем пространстве
;

-

Отсутствие резких теней, прямого и отражённого блеска
;

-

Оптимальная направленность излучаемого осветительного прибора
светового потока
;

-

Долговечность, экономичность, электро
-

и пожаробезопасность,
эстетичность, удобство и простота эксплуатации.

Искусственное освещение в помещениях эксплуатации ЭВМ должно
осуществляться системой общего равномерного освещения. В
производственных и административно
-
общественных помещениях, в случа
ях
преимущественной работы с документами, допускается применение системы
комбинированного освещения ( к общему освещению дополнительно
устанавливаются светильники местного освещения, предназначенные для
освещения зоны расположения документов).

Показатель
ослеплённости для источников общего искусственного
освещения в производственных помещения должен быть не более 20,
показатель дискомфорта в административно
-
общественных помещениях не
более 40, в учебных помещениях не более 25.

Для искусственного освещения,

согласно действующим строительным
нормам и правил (С
н
иП 23
-
05
-
95), регламентирована наименьшая
освещённость рабочих мест, а для естественного и современного


коэффициент естественной освещённости
KEO
.

Следует ограничивать неравномерность распределения я
ркости в поле
зрения пользователя ЭВМ, при этом соотношение яркости между рабочими
поверхностями не должно превышать 3:1
-
3:5, а между рабочими
поверхностями стен и оборудования 10:1.

Естественное освещение должно осуществляться через светопроёмы,
ориентиро
ванные преимущественно на север и северо
-
восток, и обеспечивать
коэффициент естественной освещённости (
KEO
) не ниже 1,2% в зонах с
устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5% на остальной территории.
Указанные значения КЕО нормируются для зданий, расположен
ных в 3
световом климатическом поясе. Расчёт КЕО для других поясов светового
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













климата проводится по общепринятой методике согласно С
н
иП ©Естественное
и искусственное освещениеª.

Рекомендуемая освещённость для работы с экраном дисплея составляет
300 лк, а пр
и работе с экраном в сочетании с работой над документами


500 лк.
Рекомендуемые яркости в поле зрения операторов должны лежать в пределах
1:5
-
1:10.

Если экран дисплея расположен напротив окна, то необходимы
специальные экранирующие устройства (светорассеи
вающие шторы,
регулируемые жалюзи, солнцезащитная плёнка с металлизированным
покрытием). В качестве источников света при искусственном освещении
должны применяться преимущественно люминесцентные лампы. При
устройстве отраженного освещения в производственны
х и административно
-
общественных помещениях допуска
е
т
ся применение металлогалогенных ламп
мощностью до 250 Вт. Допускается применение ламп накаливания в
светильниках местного освещения.


Люминесцентные лампы обладают высокой световой отдачей (до 75
лм
/
Вт и более), продолжительным сроком службы (до 10 тыс. часов), малой
яркостью светящейся поверхности и спектральным составом излучаемого света
близким к естественному, что обеспечивает хорошую цветопередачу.

Общее освещение следует выполнить в виде сплошны
х или прерывистых
линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно
линий зрения пользователя при рядном расположении ЭВМ. При
периметральном расположении компьютеров линий светильников должны
располагаться локализовано над рабочим столо
м ближе к его переднему краю,
обращенному к оператору.

Яркость светильников общего освещения в зоне углов излучения от 50 до
90 градусов с вертикально в продольной и поперечной плоскостях должна
составлять не более 200 кв
/
кв.м., защитный угол светильников
должен быть
непросвечивающий отражатель с защитным углом не менее 40 градусов.

Для обеспечения нормируемых значений освещённости в помещениях
использования ЭВМ следует проводить чистку стекол оконных рам и
светильников не реже двух раз в год и проводить св
оевременную замену
перегоревших ламп.


5.7

Пожарная безопасность


Помещение, в которых находятся ЭВМ по категориям пожарной
опасности, относятся к категории ©Вª. Обычно в нём находится большое
количество возможных источников возгорания, как, например:

-

Кабельные линии, используемые для питания ЭВМ от сети переменного
тока напряжением 220В и 360В, которые в целях понижения воспламеняемости
покрывают огнезащитным покрытием и прокладывают в металлических трубах.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













-

Электронно
-
лучевая трубка дисплея, которая
взрывоопасно без
дополнительной защиты.

-

Различные электронные устройства, которые при отказе систем
охлаждения могут привести к короткому замыканию.

-

Оборудование, мебель из горючих материалов.

В таблице 5.2 определена категория помещения по взрыво
-

и
п
ожарноопасности, а в таблице 5.3 классы зон помещений.


Таблица 5.2


Таблица категорий помещений

Категория

Характеристика

Примечания

©Вª
пожароопасная.

Помещения, в которых
находятся в обращении
горючие и трудно
горючие вещества и
материалы, способные
гореть только при
взаимодействии с водой,
кислородом воздуха или
между собой.

Помещение характеризуется
наличием веществ и
материалов в указанных
количествах.


В помещениях категории ©Вª существует реальная возможность
возникновения пожара и поэтому необх
одимо предусмотреть меры
противопожарной профилактики:

-

Соблюдение противопожарных требований при проектировании и
эксплуатации систем вентиляции согласно С
н
иП 1.01.02
-
84.

-

Наличие средств оповещения: пожарные извещатели (ЛИП
-
1 и т.д.).

-

Установки
пожаротушения (АУП).

-

Инструкции по мерам противопожарной безопасности, план эвакуации
людей и технических средств.



Таблица 5.3


Классы зон помещений

Класс

Характеристика пожарной зоны

1
-
2

Зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются
твердые

горючие и трудно горючие вещества и материалы.


Для улучшения условий пожарной безопасности в помещении должен
быть установлен пол из негорючих материалов, технологически съемный.
Бумага и лента должна храниться в металлическом шкафу. В наличии должны
бы
ть два углекислотных огнетушителя типа ОУ
-
5, а также два дымовых
датчика.

Основными причинами возникновения пожара на объектах
электрохозяйств являются, прежде всего, нарушение инструкций и правил
технической эксплуатации электроустановок потребителей, неи
справность
Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













производственного оборудования, а именно недопустимые опасные перегревы
обмоток и магнитных перегрузок, которые могут привести к загоранию
изоляции: перегрузки проводов и кабелей электрических сетей, длительная
работа сетей в режиме короткого за
мыкания вследствие несрабатывания
защиты
;

перегрев контактов в соединениях проводов
;

небрежное обращение с
огнём, размещением вблизи оборудования ЛВЖ, накопление пыли на
осветительных приборах и другое.

Действие обслуживающего персонала в случае возгорания

помещения:

-

Первый обнаруживший признаки пожара, загорания, появления дыма,
должен немедленно сообщить об этом в пожарную часть по телефону 01.

-

При прибытии пожарной команды встречающий (лицо, вызывающее
пожарную команду) обязан проводить прибывшего на
чальника к месту пожара
ближайшим путём и одновременно проинформировать его о том, что и где
горит.

-

В первую очередь эвакуируются люди, документы, ценное имущество и
оборудование.

Рассмотрим первую медицинскую помощь при ожогах, которые могут
получить
люди при пожаре. Ожоги бывают термические


вызванные огнём,
паром, горячими предметами и веществами, химические


кислотами и
щелочами и электрические


воздействием электрического тока или
электрической дуги. По глубине поражения все ожоги делятся на чет
ыре
степени: первая


покраснение и отёк кожи
;

вторая


водяные пузыри
;

третья


омертвление поверхностных и глубоких слоёв кожи
;

четвёртая


обугливание
кожи, поражение мышц, сухожилий и костей.

Если на пострадавшем загорелась одежда, нужно быстро наброси
ть на
него пальто, любую плотную ткань или сбить пламя водой.

При оказании помощи пострадавшему во избежание заражения нельзя
касаться руками обожженных участков кожи или смазывать их мазями,
жирами, маслами, вазелином, присыпать питьевой содой, крахмалом
и т.д.
Нельзя вскрывать пузыри, удалять приставы к обожженному месту, так как,
благоприятные условия для заражения раны. При небольших по площади
ожогах первой и второй степени нужно наложить на обожженный участок кожи
стерильную повязку. Одежду и обувь с
обожженного места нельзя срывать, а
необходимо разрезать ножницами и осторожно снять. Если куски одежды
прилипли к обожженному участку тела, то поверх их следует наложить
стерильную повязку и направить пострадавшего в лечебное учреждение. При
тяжелых и обш
ирных ожогах пострадавшего необходимо: обернуть в чистую
простыню или ткань, не раздевая его, укрыть потеплее, напоить тёплым чаем и
создать покой до прибытия врача. Обожженное лицо необходимо закрыть
стерильной марлей. При ожогах глаз следует делать холод
ные примочки из
раствора борной кислоты (половина чайной ложки кислоты на стакан воды) и
немедленно направить пострадавшего к врачу.

Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Таким образом, проведенный обзор вредных факторов, влияющих на
человека при разработке, настройке, эксплуатации устройства
показывает, что
необходимо придерживаться указанных требований, при этом, разумеется,
допускаются небольшие отклонения.


5.8 Требования к шуму на рабочем месте


Уровни шума на рабочих местах пользователей персональных
компьютеров не должны превышать
значений, установленных СанПиН
2.2.4
/2
.1.8.562
-
96 и составляют не более 50 дБА. На рабочих местах в
помещениях для размещения шумных агрегатов уровень шума не должен
превышать 75 дБА, а уровень вибраций в помещениях
допустимых значений по
©СН 2.2.4
/
2.1.8.566
-
96ª категория 3, тип ©Вª.

Снизить уровень шума в помещениях можно использованием
звукопоглощающих материалов с максимальным коэффициентами
звукопоглощения в области частот 63
-
8000 Гц для отделки стен и потолка
помещений. Дополнительный звукопогло
щающий эффект создают однотонные
занавески из плотной ткани, повешенные в складку на расстоянии 15
-
20 см от
ограждения. Ширина занавески должна быть в 2 раза больше ширины окна.

























Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













6 Заключение


В данной
выпускной квалификационной работе
рассматривается история,
основные особенности и методы построения программно
-
определяемого радио
SDR
. Описаны основные архитектуры. Указаны главные проблемы развития
технологии
SDR
.

Спроектирован

в работе приемник обладает следующими
характеристиками:


-

диапазон частот 30
-
1500 МГц
;


-

полоса пропускания 20 МГц
;


-

коэффициент шума приемника меньше 6.5 дБ
;


-

коэффициент усиления приемного тракта
12.7 дБ
;


-

напряжение питания 5 В.


Нельзя сказать, что технология
Software

Defined

Radio

является молодой,
поскольку военные уже давно используют ее в своей аппаратуре. С
коммерческой же точки зрения технологию можно считать довольно молодой и
быстро развивающейся. Компоненты для цифровой обработки сигналов,
аналого
-
цифрового преобразования со
вершенствуются и дешевеют с каждым
днем, что постоянно приближает выход технологии
SDR

в массы. Как было
показано в работе, сложность конструкции традиционных трансиверов
существенно выше, чем у
SDR
, не говоря уже об отсутствии у первых какой
-
либо гибкости
, так необходимой в современных условиях быстро
изменяющихся стандартов. Поэтому тотальный переход к архитектуре
SDR

неизбежен, это лишь вопрос времени.



















Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата
























































Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Приложение Б
. Спецификация эле
ктрической принципиальной схемы
цепей
радиотракта


Позиционное
обозначение

Наименование

Кол.

Примечание

Конденсаторы

C1
,
C
30,
C
32

100 пФ
Murata GRM15

3


C
2
-
C
13, С16
-
С29
,
C
33,
С37

1000
пФ
Murata GRM18

30


С31, С14, С15

0.01

мкФ
Murata

GRM
18

1


С34,
С35, С36, С3
9

330

пФ
Murata

GRM
18

4


С
40

0.
7

пФ

Murata

GRM
15

1


С
38
, С41

0.1

пФ

Murata

GRM
15

2


Катушки индуктивности

L1

68
нГн
Coilcraft 0805CS
-
680



Симметрирующие трансформаторы

T1

TCI
-
1
-
13M+ Mini
-
Circuits



ПАВ фильтры

F1

30
-
128 МГц

1


F2

128
-
256 МГц

1


F3

256
-
428 МГц

1


F4

428
-
650 МГц

1


F5

650
-
972 МГц

1


F6

972
-
1394 МГц

1


F7

1394
-
1916 МГц

1


F8

1936
-
2438 МГц

1


F9

2438
-
2960 МГц

1


F10

2960
-
3500 МГц

1


Микросхемы и
нтегральные

SF1, SF6

Высокочастотный
переключатель

MASW
-
000932

MACOM

2


SF2, SF3, SF4, SF5

Высокочастотный
переключатель

MASW
-
010351
-
TR
3000

MACOM

4


BS

Широкополосный усилитель
30
-
3500 МГц
WR
-
LNA
-
3500
WiNRADiO

1


AT

Аттенюатор
HMC542BLP4E

Analog Device

1



Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата























































Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Приложение Г
.

Спецификация электрической
принципиальной схемы
цепей преобразования

Позиционное
обозначение

Наименование

Кол.

Примечание

Конденсаторы

С1

1 мкФ
Murata GRM18

1


С2

10
нФ
Murata GRM15

1


C3, C4

0.1 мкФ
Murata GRM15

2


C5

6.8 пФ
Murata GRM15

1


C6

100
пФ
Murata

GRM15

1


Катушки индуктивности

L1, L2

6.8 нГн
Coilcraft 0805CS
-
060

2


Резисторы

R1

4.75
кОм

ERJ
-
3EKF4751V Panasonic E.C.

1


Симметрирующие трансформаторы

T1

NCS2
-
33+ Mini
-
Circuit

1


Фильтры

F1

2910
-
2935
МГц

ELB2A007 Panasonic E.C.

1


Микросхемы интегральные

SM

Смеситель

LTC5510

Linear Technology

1


GN

Ге
нератор управляемый напряжением
AD
9951

Analog

Device

1


ACP

АЦП
ADS
4229
Texas

Instruments

1





















Инв. № подп

Подп. и дата

Инв. № дубл.


Взам. инв. №


Подп. и дата






Лист


ФМРМ.

110302.023 ПЗ

Изм
.

.

№ докум.

Лист

Подп
.

Дата













Список использованных источников


1.

Шахнович

И. Российский цифровой приемник 1288ХК1Т


первый
представитель серии Мельтиплекс
//
Электроника.
-
2006.
-
№2
-
С
.
24
-
31
.

2.

Пронин К. Проектирование, оптимизация и моделирование
SDR
.
//
Электронные компоненты
.
-
2012.
-
№2
.
-
С.49
-
53
.

3.

Фалько А.И. Расчёт преселекторов:
Учебное пособие
/

СибГУТИ.


Новосибирск 2002.
-
145с.

4.

Гасанов О. Принципы построения радиоприемников с цифровой
обработкой сигнала
//

Электронные компоненты.
-
2010.
-
№12
-
С.63
-
65.

5.

Чалил М. Реализация цифрового радио
/
Электронные компоненты.
-
2013.
-
№5.
-
С.37
-
41.

6.

Проектирование, оптимизация и моделирование
SDR
.
URL
:
http
://
ns
1.
ecomp
.
ru
/
leader
-
r
/
review
/2187/
doc
/59223/

(дата обращения:
30.03.16)

7.

Приемник 1288ХК1Т.
URL
:
http://www.rlocman.ru/news/new.html?di=4682

(дата обращения: 1.04.16)

8.

Четырёхканальный цифровой приемник
SDR

приемник 1288ХК1Т.
URL
:
http://multicore.ru

(дата обращения: 15
.04.16)

9.

Малошумящий усилитель.
URL
:
http
://
www
.
radioexpert
.
ru
/
product
/
winradio
-
wr
-
lna
-
3500
-
/

(дата обращения:
28.04.16)

10.


Высоколинейный широкополосный смеситель.
URL
:
http://www.linear.com/product/LTC5510

(дата обращения: 10.05.16)

11.


Генератор
управляемым напряжением.
URL
:
http
://
www
.
analog
.
com
/
ru
/
products
/
rf
-
microwave
/
direct
-
digital
-
synthesis
-
modulators
/
ad
9951.
html
#
product
-
overview

(дата обращен
ия: 25.05.16)

12.


Силин

А
.
Технология

Software Defined Radio.
Теория, принципы и
примеры аппаратных платформ
//
Беспроводные технологии.
-
2007.
-
№2
-
С.22
-
27.

13.


Самуйлло

Ю.В. Безопасность жизнедеятельности: Методические
указания для выполнения дипломного проектирования
/

СибГУТИ.
-
Новосибирск, 2006.
-
29 с.


Приложенные файлы

  • pdf 4532535
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий