Анализ современных цифровых радиоприемных устройств (стр. 5 из 6)
Согласно(4) напряжение Ед линейно зависит от фазы φ. Характеристика детектирования ФД показана на рис. (12).Если на рисунке (10) вместо цепи И использовать цепь на основе элементов исключающее И-НЕ рис. (11), то характеристика детектирования становится в 2 раза круче и при равенстве фаз входного и опорного напряжений Ед = 0. Напряжение u на выходе цепи И, состоящей из элементов И-НЕ, имеет место при одновременном наличии либо отсутствии напряжений u1 и u2
ВЫВОД: В ФД на логических дискретных элементах ФМ – колебание преобразуется в импульсное напряжение, скважность которого зависит от фазы входного сигнала. Импульсный ФД реализуется в интегральном исполнении.
2.3 Цифровая индикация, контроль и управление ЦРПУ
Появление цифровых процессоров обработки сигналов или сигнальных процессоров (СП) позволяет создавать устройства цифровой обработки сигналов с присущими им преимуществами, которые по массогабаритным показателям и энергопотреблению не превышают такие же показатели аналоговых устройств обработки сигналов.
Появившееся в последнее годы целое семейство сигнальных процессоров привело к тому, что во многих приемниках специального назначения, выпускаемых в России, США, Японии, Швеции и других странах, используют выходные устройства на сигнальных процессорах. В этих устройствах осуществляется фильтрация, детектирование, последетекторная обработка и другие преобразования сигналов.
Например, цифровой сигнальный процессор КМ 1867 ВМ1 (ЦСП) был разработан в середине 80-х годов. Он использует 32-разрядную внутреннюю архитектуру и 16-разрядный ввод-вывод при скорости обмена до 40 Мбит в секунду. Развитая система команд процессора разработана для поддержки широкого круга вычислительных задач в областях цифровой обработки сигналов, в распознавании речи, в модемах систем связи, в устройствах анализа — синтеза речи, в машинной графике, обработке изображений, спектральном анализе, вычислениях корреляции и быстрого преобразования Фурье (БПФ). Введены особые команды для приспособления процессора к требованиям цифровой обработки сигналов и устройств связи. Система прерываний обеспечивает сохранение информации о состоянии процессора.
Арифметика чисел с фиксированной точкой и знаком в двоичном дополнительном коде.
В настоящее время выпускают ЦСП, выполняющие до 1-2 миллиарда операций в секунду в формате с фиксированной или плавающей точкой. Архитектура этих ЦСП поддерживает конвейеризацию, предсказание и распараллеливание вычислений, аппаратную поддержку наиболее критических операций (например, умножение) [14].
Параллельная работа нескольких микропроцессоров (МП) общего назначения, разрядно - модульных МП или ЦСП в настоящее время неактуальна в связи с появлением мощных ЦСП, в которых несколько параллельно работающих процессоров располагаются внутри одного кристалла.
В настоящее время наиболее широко применяются ЦСП компаний TexasInstruments, AnalogDevices и Motorola. Современные ЦСП оптимизированы по критерию производительность / стоимость / энергопотребление для разных областей применения. Все ЦСП используют встроенные модули для аппаратного выполнения часто выполняемых операций (например, умножения). Можно выделить четыре группы ЦСП.
К первой группе относят 16-разрядные ЦСП, работающие также в формате с фиксированной точкой. ЭтоплатформаС2х (Texas Instruments), ADSP2100 (Analog Devices) и DSP56xx (Motorola). Они ориентированы на реализацию несложных алгоритмов в широко производимых изделиях (контроллеры для телефонных аппаратов иуправления бытовой техникой). Эти ЦСП имеют скорость работы около 40 MIPS (миллионов операций с фиксированной точкой в секунду) и отличаются низкой стоимостью.
Ко второй группе относят 16-разрядные ЦСП, также работающие в формате с фиксированной точкой. Они имеют пониженное энергопотребление и связанную с этим повышенную скорость работы до 200 MIPS. Это платформа С5х (TexasInstruments). Эти ЦСП ориентированы на использование в серверах корпоративных сетей, модемах, цифровых радиотелефонах и др. Имеют более высокую стоимость. Для дополнительного повышения скорости работы в телекоммуникационных устройствах эти ЦСП имеют встроенный ускоритель Витерби. К этой же группе можно отнести 24-разрядные ЦСП с фиксированной точкой платформы DSP5630 (Motorola).
К третьей группе относят 32-разрядные ЦСП, работающие в формате с фиксированной точкой. Это платформа СЗх компании TexasInstruments, ADSP2100 (AnalogDevices) и DSP96xx (Motorola). Они ориентированы на реализацию достаточно сложных алгоритмов в портативных устройствах и мобильной связи. Эти ЦСП имеют скорость работы около 150 MIPS и более высокую стоимость.
К четвертой группе относят высокопроизводительные 32-разрядные ЦСП, работающие в формате с плавающей точкой. Это платформы Сбх и С8х (TexasInstruments), SHARSADSP21100 (AnalogDevices и Motorola), ориентированные на реализацию сложных алгоритмов в информационных системах (видеоконференции и др.). Эти ЦСП имеют скорость более 1GFLOPS (миллиарда операций с плавающей точкой в секунду) и отличаются повышенной стоимостью.
Рисунок 10.
Все ЦСП поставляются вместе с отладочными средствами: стартовый набор для первоначального изучения (включает плату с процессором и периферией в минимальной конфигурации), средства программирования (ассемблер, С-компилятор, линкер, дебаггер), симулятор (проверка алгоритма без процессора и управляемых устройств), эмулятор (проверка алгоритма с использованием процессора, но без управляемых систем), отладочный модуль (эмулятор с управляемыми устройствами). В последних версиях поставляется компоузер кода (универсальная программа с визуальными средствами отладки).
3. Помехоустойчивость ЦРПУ
Восприимчивость цифровых ИМС. Использование сигналов сложной формы, робастных алгоритмов обработки их на фоне комплекса помех, применение принципов адаптации в технике связи базируются на использовании ИМС, МП, средств вычислительной техники (ВТ).
Для цифровых ИМС характерны малая энергия рабочих сигналов (на 40...60 дБ ниже энергии помех), использование в качестве сигналов наносекундных видеоимпульсов и скачков тока или напряжения. Обычно цифровые ИМС взаимосвязаны через шины питания. Поэтому ИРП, возникающие при смене логических состояний ИМС, могут вызывать сбои в работе аппаратуры. Наиболее сильное влияние на ИМС и средства ВТ оказывают перепады напряжения в сети питания.
В соединительных линиях между ЭВМ радиосистем, в состав которых входят РПрУ, наблюдаются случайные потоки импульсов с амплитудой до 10 В, длительностью 60...400 не, частотой следования 50...400 Гц и числом импульсов в пакете до 300. Причинами их служат ИРП, коммутация цепей питания и функциональных элементов системы, неэквипотенциальность точек заземления корпусов отдельных ЭВМ. Внешние высокочастотные магнитные поля также могут вызывать нарушения работы ИМС и мини-ЭВМ. Напряженность таких полей обычно не превышает 0,1 В/м, но в отдельных случаях, например, при грозовых разрядах, может достигать 1...15 А/м. Влияние таких полей проявляется в виде накопления зарядов на диэлектрических носителях информации средств ВТ.
Нормативные параметры ИРП для цифровых элементов и средств вычислительной техники радиоприемной аппаратуры. Нормативная документация по защите цифровых устройств и средств ВТ от ИРП содержит требования к параметрам источников помех, восприимчивости цифровых элементов к кондуктивным и радиационным помехам, рекомендации по обеспечениюих ЭМС.
В качестве показателя восприимчивости средств ВТ относительно импульсных ИРП в цепях питания иногда используют величину р(м) =FCQ/Fc,bгде FC6 - средняя частота сбоев аппаратуры, вызванных помехами, следующих с частотой Fcn. Однако векторный характер зависимости ft(m) от совокупности т параметров помех затрудняет практическое пользование этим показателем.
К числу нормативных параметров ИРП, значения которых не должны быть превышены в процессе эксплуатации средств ВТ, относятся [7]:
максимальная амплитуда импульсов сетевых помех 100...1000 В при длительности импульсов 100...500 не;
допустимая длительность провалов напряжения питания 5...10 мс для ЭВМ со стабилизированными ВИП и 50...200 мс при бестрансформаторных источниках питания;
пороговая амплитуда перенапряжения питания, составляющая 25...35 % номинального значения при длительности выбросов 100...500 не;
максимальная амплитуда импульсов напряженности внешних электромагнитных полей источника, удаленного на 1 м, при апертуре приемной антенны 1м 1...6 кВ, длительность импульсов 100...500 не.
Среди цифровых ИМС наибольший уровень помех создают ТТЛ-схемы. Образование импульсного тока при переключении схем вызывает импульсное падение напряжения в шинах питания. Высокий уровень помех в шинах питания наблюдается при одновременном срабатывании многих цифровых элементов, например при установке многоразрядных регистров декодеров и др. Такие помехи могут вызывать ложное срабатывание ИМС, искажения информационных сигналов
Защита цифровых и вычислительных устройств радиоприемников от помех. Свойства низкой восприимчивости цифровых устройств РПрУ к внешним помехам и малые уровни создаваемых собственных помех должны закладываться на этапе проектирования, реализовываться в процессе технологической разработки и поддерживаться при техническом обслуживании. Мерами защиты являются высококачественное выполнение внешних соединений, экранирование, сетевая фильтрация, резервирование источников питания.