Генератор белого шума

 

Общий вид микроконтроллера PIC16F628A изображен на рисунке 2.2, а  наименование выводов на рисунке 2.3.

Рисунок 2.2 - Общий вид микроконтроллера PIC16F628A

 

 

Рисунок 2.3 –  Расположение выводов микроконтроллера PIC16F628A

 

Рисунок 2.4 –  Структурная схема микроконтроллера PIC16F628A

 

 

 

 

 

 

 

8.3 Розрахунок фільтра зосередженої  селекції.

 

Теоретично, спектр шумового сигналу може продовжуватися по осі частот нескінченно далеко, що для зашумлення мереж стільникового зв'язку є безумовним плюсом, але робить абсолютно не прийнятним експлуатацію генератора зашумлення мереж стільникового зв'язку спільно з іншим обладнанням. Для обмеження смуги зашумлення застосовуються фільтри зосередженої селекції. Для визначення необхідної смуги зашумлення звернемося до таблиці 8.1 і виберемо максимальну необхідну смугу зашумлення. Максимальна необхідна смуга зашумлення складає 75 МГц. Зазначена вимога досягається установкою на виході джерела шумового сигналу фільтруючих пристроїв, в якості яких найчастіше виступають фільтри Чебишева (малюнок 8.6) і фільтри Кауер (малюнок 8.7).

Малюнок 8.6 Фільтр Чебишева

Малюнок 8.7 Фільтр Кауер

 

У таблиці 8.2 представлені нормовані відносно і значення елементів наведених фільтрів, відповідні максимальному значенню загасання в смузі пропускання рівному 0,1 дБ.

Таблиця 8.2 - Нормовані  значення елементів фільтрів 
Тип, дБ

	Тип	,дБ
N=5	Ч	37	1,14	1,37		1,97	1,37		1,14
	К	57	1,08	1,29	0,078	1,78	1,13	0,22	0,96
N=6	Ч	49	1,16	1,40		2,05	1,52		1,90	0,86
	К	72	1,07	1,28	0,101	1,82	1,28	0,19	1,74	0.87
N=7	Ч	60	1,18	1,42		2,09	1,57		2,09	1,42		1,18
	К	85	1,14	1,37	0,052	1,87	1,29	0,23	1,79	1,23	0,17	1,03

 

При цьому прийняті наступні позначення: N - порядок фільтра; - гарантоване  затухання вищих гармонійних  складових на виході фільтра; Ч - фільтр Чебишева; К - фільтр Кауер.

Справжні значення елементів  розраховуються за формулами:

                                                 (8.2)

Виконаємо розрахунок фільтра  Кауер п'ятого порядку за допомогою  нормованих значень елементів фільтра  з таблиці 8.2 і формул розрахунку істинних значень елементів (8.2). Також виберемо номінали реальних радіокомпонентів з каталогу.

Номінальні ряди E6, E12, E24

Назва ряду вказує загальне число елементів у ньому, тобто  ряд E24 містить 24 числа в інтервалі  від 1 до 10, E12 - 12 чисел і т. д.

Кожен ряд відповідає певному допуску в номіналах  деталей. Так, деталі з ряду E6 мають  допустиме відхилення від номіналу ± 20%, з ряду E12 - ± 10%, з ряду E24 - ± 5%. Власне, ряди влаштовані таким чином, що таке значення відрізняється від попереднього трохи менше, ніж на подвійний допуск.

Таблиця 8.3 Ряди номіналів  радіокомпонентів E6, E12, E24

 

E6	1.0				1.5				2.2
E12	1.0		1.2		1.5		1.8		2.2		2.7
E24	1.0	1.1	1.2	1.3	1.5	1.6	1.8	2.0	2.2	2.4	2.7	3.0

 

E6	3.3				4.7				6.8
E12	3.3		3.9		4.7		5.6		6.8		8.2
E24	3.3	3.6	3.9	4.3	4.7	5.1	5.6	6.2	6.8	7.5	8.2	9.1

 

Нормоване значення 1,08 1,29 0,078 1,78 1,13 0,22 0,96

Істинне значення після  денормірованія,

для C пФ, для L нГн 43 128,75 3,125 70,875 112,5 8,75 38,25

Номінал реального радіокомпонентів (ряд E24) 
для C пФ, для L нГн 43 130 3,3 68 110 9,1 39

Як випливає з таблиці 8.2, спроектований фільтр забезпечує гарантоване затухання вищих  гармонійних складових на виході фільтра рівне 57 дБ.

 

Нормированное значение	1,08	1,29	0,078	1,78	1,13	0,22	0,96
Истинное значение после денормирования, для C пФ, для L нГн	43	128,75	3,125	70,875	112,5	8,75	38,25
Номинал реального  радиокомпонента (ряд E24) для C пФ, для L нГн	43	130	3,3	68	110	9,1	39

 

При наявності малих  номіналів радіокомпонентів, порівнянних  з паразитними ємностями і  індуктивностями монтажу, особливу увагу слід приділити топології розводки плати. Слід приділяти особливу увагу якості матеріалу плати: низькому опору провідників і високому опору діелектрика. При розводці струмопровідних доріжок слід уникати прямих кутів.

 

 

 

 

 

8.4 Вибір високочастотного модуля.

З метою зменшення кількості радіокомпонентів генератора зашумлення мереж стільникового зв'язку та спрощення його схеми електричної принципової доцільне застосування серійно випускаються вузлів і модулів. Однією з найбільш зручних мікросхем в даному випадку є інтегрований трансивер SI4210, застосовуваний у системах зв'язку з рухомими об'єктами та системах глобального позиціонування.

 

Малюнок 8.8 Схема типового включення інтегрованого трансивера SI4210

Трансивер Aero II Si4210 являє  собою однокристальний прийомо-передавач, призначений для чотирьохдіапазонних GSM / GPRS стільникових телефонів і бездротових модемів. Трансивер виготовляється в мініатюрному корпусі і забезпечує максимальну в своєму класі продуктивність. Архітектура Si4210 дозволяє інтегрувати в одній мікросхемі всі компоненти радіочастотного тракту (керовані напругою генератори (ГУН) передавача і приймача, смугові фільтри, настроювальні індуктивності, варикапи і розв'язують конденсатори). У порівнянні з аналогічними продуктами інших виробників, трансивер Si4210 забезпечує 50%-ве зменшення кількості зовнішніх компонентів і необхідної для них площі монтажу і дозволяє реалізувати закінчений чотирьохдіапазонний радіотракт (крім підсилювача потужності та антенного перемикача) на площі 1см2. Забезпечуючи максимальну продуктивність в своєму класі, трансивер Si4210 покращує якість зв'язку та полегшує процеси розробки та виготовлення кінцевих виробів. Модуль передавача використовує систему ФАПЧ зі зрушенням, інтегровану в патентовану Silicon Laboratories 'схему синтезатора. Універсальний програмований інтерфейс з модулем обробки сигналів дозволяє розробникам телефонів реалізувати трансивер з підтримкою всіх основних частот вихідних сигналів. Трансивер Si4210 використовує надійний кварцовий генератор з цифровим керуванням, який дозволяє застосовувати стандартний кварцовий резонатор на 26МГц для генерації тактової частоти трансівера.

 

8.5 Вибір високочастотного підсилювача  потужності

На одному з виходів трансивера ми отримали сигнали з центральними частотами 460 і 925 МГц, на другому 1747 і 1880 МГц. Виберемо з каталогу пару підсилювачів з даними смугами пропускання. Даній вимозі задовольняють мікросхеми підсилювачів потужності MAX 2640 (смуга пропускання 400 - 1500 МГц) і MAX 2641 (смуга пропускання 1400 - 2500 МГц). Дані мікросхеми являють собою закінчені малошумні потужні підсилювачі високої частоти і вимагають мінімального набору навісних компонентів.

 

 

 

 

 

 

Малюнок 8.9 Схема електрична принципова підсилювача потужності 400 - 1500 МГц

 

 

 

 

 

Малюнок 8.9 Схема електрична принципова підсилювача потужності 400 - 1500 МГц

 

8.6 Вибір та обґрунтування стабілізатора напруги

 

Аналіз причин відмов електропобутової техніки показує, що у багатьох випадках джерелом неприємностей  є зовсім не дефекти конструкції, а незадовільна якість напруги в мережі живлення (імпульсні перешкоди і відхилень робочої напруги).

Імпульсні перешкоди.

Найбільш явним і  відомим джерелом імпульсних завад, небезпечних 

для електроприладів  і обладнання є близькі грозові  розряди. Величина перешкоди, що виникає в мережі електроживлення при близькому розряді блискавки, досягає 10 000 Вольт. Це перевищує допустиму величину для побутової техніки у 10 разів. Тому потужні грозові імпульси призводять до масового виходу з ладу електронної і електротехніки схильною їх впливу, за відсутності захисту цієї техніки по мережі електроживлення. 
Іншим різновидом імпульсних перешкод є комутаційні імпульси. Вони виникають при включенні і відключенні окремих ділянок електромережі, потужних споживачів електроживлення, а також, при позаштатному відключенні електроприладів, що мають електродвигуни або вхідні трансформатори. Подібне нештатное відключення відбувається, наприклад, у випадку зникнення напруги в будинку при працюючому електродвигуні холодильника або пральної машини.

Вплив комутаційних імпульсів  менш руйнівно для апаратури, ніж  грозових, однак, також може вивести  її з ладу. Крім того, комутаційні  імпульси викликають збої в роботі обчислювальної та іншої електронної  техніки, а тривале їх вплив призводить до прискореного старіння ізоляції електрообладнання.

Зміна напруги електроживлення.

Не менш небезпечним, ніж вплив імпульсних перешкод, для  апаратури є підвищення або пониження  напруги в електромережі, щодо його нормальної величини. На жаль, у вітчизняних  електромережах норми і вимоги щодо допустимих значень відхилення напруги задовольняються далеко не завжди. Основні причини зміни напруги наведені в таблиці.

При перевищеннях напруги  найчастіше згоряють блоки живлення електроприладу, а також напівпровідникові  елементи і мікросхеми. Перегріваються і виходять з ладу електродвигуни побутової техніки.

Пониження робочої напруги  небезпечно, зокрема, для приладів, які мають електродвигуни (холодильники, пральні машини тощо). Знижений робоча напруга призводить до їх згорянню. При зниженій напрузі з перевантаженням працюють блоки живлення комп'ютерів аудіо-відео та іншої електронної техніки. Це скорочує ресурс їх роботи і також може призвести до виходу з ладу.

Висока стабільність радіоелектронної апаратури забезпечується стабільністю передатних характеристик всіх ланок апаратури, які багато в чому залежать від стабільності напруги живлення. Для стабілізації напруги живлення застосовуються стабілітрони і виконані на їх основі стабілізатори. Найбільш простим по схемного рішенням є стабілізатор, наведений на малюнку 8.10.

Рисунок 8.1 Параметричний  стабілізатор напруги

Параметричний стабілізатор напруги має наступний недолік - максимальний струм навантаження визначається типом застосовуваного  стабілітрона. Для забезпечення високого коефіцієнта стабілізації необхідно забезпечити мале динамічний опір стабілітрона. Коефіцієнт стабілізації визначається за формулою 8.3

 

Кст ≈ 1 + 1 / rd(1 / R load + 1 / R ballaste)

 

де: rd - динамічний опір стабілітрона.

Як видно з формули 8.3, високий коефіцієнт стабілізації можливий при малому опорі обмежувального резистора R ballaste і високому навантаженні, а це в свою чергу, веде до зниження коефіцієнта корисної дії.

Позбутися від цього  недоліку можна застосувавши в схемі  стабілізатора операційний підсилювач.

Виходячи з вищесказаного, доцільно застосування інтегральних стабілізаторів напруги. У розробленому генераторі зашумлення мереж стільникового  зв'язку вузли та модулі використовують напруги в 3 і 5 вольт позитивної полярності.

Малюнок 8.11 Інтегральний стабілізатор 5 вольт

 

Малюнок 8.12 Інтегральний стабілізатор 3 вольти 
Максимальний струм навантаження кожного з стабілізаторів становить 750 мА.

Розрахуємо струм, споживаний генератором зашумлення мереж стільникового  зв'язку від джерела живлення +5 Вольт:

 

I+5 = I_{микроконтролер} + Iоу + Iувч + Iувч2 = 452 (мА)

 

де: I_{мікроконтролер} - струм споживаний мікроконтролером, Iоу - струм споживаний двоканальним операційним підсилювачем, Iувч - струм споживаний підсилювачем 400 - 1500 МГц, Iувч - струм споживаний підсилювачем 1400 - 2500 МГц.