Измеритель коэффициента шума

ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Радиотехнический факультет
Кафедра радиотехнических систем (РТС)
 
 
 
Пояснительная записка кдипломному проекту
Измеритель коэффициенташума
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2006

Реферат
Дипломныйпроект 48 рис., 19 табл., 8 источников, 6 л. графического материала.
ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТАШУМА, КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ, БЛОК ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА,СМЕСИТЕЛЬ, ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ.
Объектом проектированияявляется блок цифровой обработки сигнала ПЧ (ЦОС ПЧ), входящий в измерителькоэффициента шума (ИКШ).
Цель данногопроекта — разработка блока цифровой обработки сигнала ПЧ (ЦОС ПЧ), улучшение техническиххарактеристик ИКШ за счет выбора новой элементной базы.
В результатепроектирования проведен анализ методов измерения КШ, анализ принциповпостроения современных ИКШ, выработана структурная схема измерителя, а такжесхема электрическая принципиальная блока ЦОС ПЧ, входящего в ИКШ.
Областьприменения — ИКШ предназначен для измерения коэффициента шума и коэффициентапередачи приемно-усилительных устройств в частотном диапазоне от 10 МГц до 4 ГГц;блок ЦОС ПЧ предназначен для оцифровки, фильтрации и детектирования сигнала ПЧ.
Дипломныйпроект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 2003 с использованиемпрограммы СВЧ — моделирования Microwave Office 2004.

Задание на дипломный проектстуденту гр. 121-2 Брюхову Дмитрию Алексеевичу оканчивающему университет поспециальности ''Радиоэлектронные системы''
1. Темадипломного проекта: Измеритель коэффициента шума
2. Сроксдачи проекта на кафедру ''8'' декабря 2006г.3. Назначениеи область применения устройства: Измеритель предназначен для измерениякоэффициента шума и коэффициента передачи приемно-усилительных устройств вчастотном диапазоне от 10 МГц до 4 ГГц.
4. Источникиразработки:
1. К.И.Алмазов — Долженко, “Коэффициент шума и его измерение на СВЧ”, “Научный мир”2000г.
2. ГОСТ25489-88. Измерители коэффициента шума. Общие технические требования и методыиспытаний. М.: Изд. стандартов. 1989г.
5. Стадииразработки по ЕСКД: эскизный проект (ГОСТ 2.119-73)
6. Составпроектируемой системы и уровень разработки входящих в нее блоков
6.1. В составпроектируемой системы входят: блок генератора шума, блок радиоприемного тракта,блок цифровой обработки сигнала, блок сбора данных и управления, блоксинтезаторов частот.
6.2.Разработке на уровне структурных схем подлежит: весь прибор.
6.3.Разработке на уровне функциональных схем подлежит: весь прибор.
6.4.Разработке на уровне принципиальных схем подлежит: блок цифровой обработки сигнала.
7. Техническиетребования

7.1. Основныепоказатели назначения: Наименование Значение Диапазон рабочих частот, МГц от 10 до 4000 Ширина полосы пропускания по уровню 3 дБ, МГц 3 (дополнительно: 0,3 МГц) Диапазон измерений коэффициента шума, дБ от 0 до 35 Диапазон измерений коэффициента передачи, дБ от –20 до +50; Собственный коэффициент шума измерителя, дБ, не более 8 Максимальная допустимая мощность на входе, дБм, не более 20 дБм
7.2.Требования к конструктивному исполнению
7.2.1. Общиетребования в соответствии с ГОСТ 22261-94.
7.2.2.Конструкторской проработке в проекте подлежит: общий вид и габаритный чертежприбора.
7.3. Условияэксплуатации
7.3.1. Общиетребования в соответствии с аппаратурой 3 группы по ГОСТ 22261-94.
7.4.Требования к надежности
7.4.1. Общиетребования:
Средняянаработка на отказ – не менее 10000 часов.
7.4.2.Проработке в проекте подлежит:
Расчет иобеспечение требований по надежности устройств, разрабатываемых на уровнепринципиальных схем.
8. Требованияэргономики, техники безопасности и технической эстетики
8.1. Общие требования всоответствии с ГОСТ 22261-94.
9. Требованияк организационно – экономической части работы
9.1. Общие требования всоответствии с ГОСТ 2.119-73.
9.2.Разработке в проекте подлежат:
Технико-экономическоеобоснование разработки.
10. Требованияк патентной чистоте и конкурентоспособности — не предъявляются.
11. Требованияк макетированию, моделированию
11.1. Общиетребования в соответствии со стадией проектирования
11.2. Разработкев проекте подлежит: выбор элементной базы блока цифровой обработки сигнала ирасчет линий передачи
12. Подлежитразработке следующая документация
А. Чертежи
1.        Измерителькоэффициента шума. Схема электрическая структурная – 1 лист.
2.        Измеритель коэффициента шума. Схемаэлектрическая функциональная – 1 лист.
3.        Блокцифровой обработки сигнала. Схема электрическая принципиальная – 1 лист.
Б. Демонстрационныеиллюстрации
Основы методаизмерения коэффициента шума, математические соотношения – 1 лист.
В. Пояснительнаязаписка
Впояснительной записке должны быть приведены все материалы проектирования всоответствии с заданием и методическими указаниями.
 

Списокусловных сокращений/>
ГШ — генератор шума;
ГШТ — газоразрядныешумовые трубки;
ИКШ — измеритель коэффициента шума;
ИОШТ — избыточная относительная шумовая температура;
ИС — интегральная схема;
КП — коэффициент передачи;
КСВН — коэффициент стоячей волны по напряжению;
КШ — коэффициент шума;
ПЛИС — программируемая логическая интегральная схема;
ППУ — приемно-усилительные устройства;
ПСДУ — платасбора данных и управления;
РПТ — (блок)радиоприемного тракта;
СПМШ — спектральная плотность мощности шума;
УВХ — устройство выборки-хранения;
ЦОС ПЧ — (блок) цифровой обработки сигнала ПЧ;
Dither — шумовой сигнал;
DSP — цифровой сигнальный процессор;
ENOB — эффективнаяразрядность;
LVDS — методпередачи цифровых данных дифференциальными сигналами;
SFDR — динамический диапазон, свободный от гармоник;
SINAD — показатель сигнал/шум/искажения;
SNR — отношение сигнал/шум.

1. Введение
Шумыпредставляют собой важную проблему в науке и технике, поскольку они определяютнижние пределы, как в отношении точности любых измерений, так и в отношениивеличины сигналов, которые могут быть обработаны средствами электроники.
Отношениесигнал-шум (с/ш) радиоприемных систем — это очень важный критерий в системахэлектросвязи. Современные приемные устройства радиолокационных станций,аппаратуры связи, навигации должны обнаруживать и обрабатывать слабыерадиосигналы. К факторам, которые ограничивают их чувствительность, относятсясобственные шумы приемно-усилительных устройств. Для характеристики уровнясобственных шумов приемных устройств и отдельных узлов и блоков применяютсяпараметры: коэффициент шума (КШ) и температура шума входа устройства.
Высокоеотношение сигнал шум на выходе приемника означает высокое качество связианалоговых систем, низкую вероятность ошибки цифровых систем. Достижение этиххарактеристик путем увеличения мощности передатчика или коэффициента усиленияантенны (то есть размеров антенны) не всегда возможно из-за технических иэкономических ограничений, поэтому уменьшение генерации шума приемнымиустройствами часто является единственным путем увеличения помехозащищенностисистем связи.
Целью данногопроекта является разработка блока цифровой обработки сигнала ПЧ, а такжеулучшение технических характеристик измерителя коэффициента шума за счет выборановой элементной базы.

2. Шумовые параметры четырехполюсников
Коэффициентшума приемного устройства или любого линейного четырехполюсника определяетсясоотношением:
/>, (2.1)
где Рс.вх,Рш.вх, Рс.вых, Рш.вых — номинальные мощности входного сигнала и шума, сигнала ишума на выходе четырехполюсника при нормальной температуре шума входнойнагрузки T = 293 K.
Как следуетиз (2.1), коэффициент шума показывает, во сколько раз отношение сигнала к шумуна выходе четырехполюсника уменьшается по сравнению с аналогичным отношением наего входе.
Введяобозначение /> (коэффициентусиления по мощности), (2.1) можно записать как
/> (2.2)
Коэффициентусиления реальных четырехполюсников имеет частотную зависимость, потому икоэффициент шума в общем случае также зависит от частоты и полосы частот, вкоторой производятся измерения. Для характеристики шумовых свойств используетсядифференциальный коэффициент шума
/> (2.3)

Поддифференциальным коэффициентом шума понимается величина, показывающая, восколько раз уменьшается отношение мощностей сигнала и шума в бесконечно малойполосе частот при прохождении полезного сигнала через четырехполюсник.
Приизмерениях обычно определяют интегральный (усредненный) в полосе частоткоэффициент шума, который показывает, во сколько раз уменьшается отношениеполной мощности сигнала к полной мощности шума при прохождении черезчетырехполюсник полезного сигнала от стандартного источника:
/>, (2.4)
где /> - мощность шумов на выходечетырехполюсника при температуре стандартного источника;
/> - полоса пропускания.
Если учесть,что полный шумовой сигнал на выходе содержит составляющие за счет шумовисточника и собственных шумов четырехполюсника, уравнение для интегральногокоэффициента шума можно записать в следующем виде:
/> (2.5)
Еслисоставляющие шума линейного четырехполюсника являются белым шумом, тодифференциальный и интегральный коэффициенты шума численно равны независимо отамплитудно-частотных характеристик исследуемых устройств и называются простокоэффициентом шума.
Для характеристикишумовых свойств вместо коэффициента шума удобнее пользоваться понятиемэффективной температуры шума входа четырехполюсника.
Температурашума активного четырехполюсника может определятся по формуле:
/>, (2.6)
где F — коэффициент шума активного линейного четырехполюсника.
Однако малыезначения температуры шума, рассчитанные по значению коэффициента шума, могутотличаться от своего действительного значения. Это обусловлено тем, что приснижении уровня измеряемого коэффициента шума относительная погрешностьопределения эффективной температуры шума по (2.6) значительно превышаетпогрешность измерения той величины F, которая входит в формулу. Для сниженияпогрешности оценки малых значений эффективной температуры шума необходимопроизводить ее непосредственное измерение.
Различаютдифференциальную и интегральную температуры шума на выходе четырехполюсников.Зависимость между этими температурами шума на входе четырехполюсника аналогичназависимости между дифференциальным и интегральным коэффициентами шума. Еслисобственные шумы четырехполюсника имеют характер белого шума, тодифференциальная и интегральная температуры совпадают, При этом температурашума именуется «эффективной температурой шума на входе четырехполюсника».
Измерениешумовых параметров четырехполюсников — коэффициента или температуры шума — сводится к измерению соотношения мощностей шумовых сигналов на выходеисследуемого устройства при определенным образом изменяемом уровне мощностишумового сигнала на его входе.
Методыизмерения различаются между собой способами выделения и определения отношениямощностей сигналов на выходе и создания известного с определенной точностьюизменения уровней мощностей сигналов на входе приемно-усилительных устройств.

3. Методы измерения шумовых параметров четырехполюсников
3.1 Метод двух отсчетов
Наиболеепростым и распространенным в повседневной практике методом измерения шумовыхпараметров приемно-усилительных устройств (ПУУ) является метод двух отсчетов. Методсостоит в поочередной подаче на вход измеряемого устройства шумовых сигналов сизвестными значениями температуры шума Т1 и Т2 (Т1
Структурная схемаметода измерения представлена на рисунке 3.1. В качестве источников шумовыхсигналов могут использоваться любые генераторы шума с известной температуройшума.
При поочереднойподаче на вход измеряемого ПУУ шумовых сигналов показания измерителя мощностибудут пропорциональными:
/> (3.1)
/>, (3.2)
где Fу — коэффициент шума измеряемого ППУ при подаче сигнала с температурой шума Т1;
k — коэффициентпропорциональности.
Решивсовместно (3.1) и (3.2), получим
/>, или
/>, (3.3)

где /> - относительное изменение уровня мощностисигнала на выходе линейной части измеряемого ППУ при двух различных значенияхтемпературы шума на его входе./>/>/>/>
/>
Рисунок 3.1 — Структурная схема измерения шумовых параметров четырехполюсников методом двухотсчетов
Полученное врезультате измерения значение Fу(Ту) включает в себя кроме значения температурышума входа измеряемого устройства также
составляющуюза счет собственных шумов измерителя мощности:
/>, (3.4)
где Тизм — температура шума входа измерителя мощности;
G — коэффициент усиления измеряемого устройства по мощности.
Приизмерениях может использоваться один генератор шума, если имеется возможностьизменения его температуры шума, например газоразрядный генератор шума вовключенном и выключенном состояниях. Если имеется возможность плавногоизменения температуры шума, например при использовании диодного генератора шумаили газоразрядного генератора шума с аттенюатором на выходе, то изменением Т2можно достигнуть n = 2 и отсчитать значение Fy(Ty) по шкале тока диода илиаттенюатора. Метод двух отсчетов при n = 2 получил название метода удвоения.
При выборечисла n исходят из того, что при слишком малом значении отношения уровнеймощности сигналов (n
Разновидностьюметода двух отсчетов, исключающей трудно учитываемую составляющую погрешностиизмерения за счет собственных шумов измерителя мощности, является методаттенюатора (постоянного уровня). Он наиболее пригоден для измеренияшумовых характеристик усилительных устройств. Структурная схема метода измеренияприведена на рисунке 3.2.
В отличие отрассмотренного выше метода в данном методе изменение отношения сигналовпроизводится аттенюатором на выходе измеряемого усилителя в тракте СВЧ илипромежуточной частоты.
При подаче навход измеряемого усилителя сигнала от градуированного генератора с низкимуровнем температуры шума (Т1) отмечается показание измерителя мощности
/>, (3.5)
где γ1 — затухание градуированного аттенюатора при подключенном генераторе шума с Т1;
α0 — показание выходного прибора, обусловленное собственными шумами измерителямощности./>/>

/>
Рисунок 3.2 — Структурная схема измерения шумовых параметров четырехполюсников методоматтенюатора
При включениина вход измеряемого усилителя генератора с температурой шума Т2 затуханиеаттенюатора (γ2) устанавливается таким, при котором показание измерителя мощностипримет значение α2 = α1.
Этосоответствует равенству
/>
Отсюда
/>,  (3.6)
где /> - отношение затуханийаттенюатора.
Метод имеетдва варианта в зависимости от способа изменения отношения сигналов. Прииспользовании аттенюатора в тракте промежуточной частоты, как и при методе двухотсчетов, необходимо учитывать поправку за счет собственных шумов измерителямощности. В этом случае температура шума измеряемого усилителя определяется по(3.4).
Использованиеаттенюатора в СВЧ тракте позволяет производить изменения отношения сигналовнепосредственно на выходе измеряемого усилителя. При этом необходимо учитыватьпоправку за счет шумов, вносимых аттенюатором. Температура шума на входеизмеряемого усилителя
/>,  (3.7)
где G — коэффициент усиления измеряемого усилителя.
Оба метода(двух отсчетов и аттенюатора) имеют одинаковую зависимость погрешностиизмерения температуры шума от параметров измерительной аппаратуры.
Основнымисоставляющими погрешностей методов являются:
·       погрешностьза счет нелинейности амплитудной характеристики
измеряемогоустройства и преобразования сигнала в измерителе мощности (для метода двухотсчетов);
·       погрешностьградуировки температуры шума генераторов;
·       погрешностьиндикации отношения сигналов;
·       погрешностьза счет рассогласования генератора шума и
измерителямощности.
Основныминедостатками рассмотренных методов являются:
·       низкаячувствительность, в результате чего при измерениях
большихзначений температуры шума возрастает погрешность измерений;
·       трудностьнастройки измеряемого устройства в большом
динамическомдиапазоне (при настройке на минимум коэффициента шума);
·       низкаяпроизводительность труда;
·       невозможностьпроведения измерений шумовых параметров ПУУ
без разборкиаппаратуры, в состав которой оно входит.
Однако,несмотря на указанные недостатки, приведенные методы относительно просты, нетребуют для своей реализации дорогостоящей измерительной аппаратуры и могутиспользоваться там, где не требуется высокая производительность труда и неизмеряются шумовые параметры в большом динамическом диапазоне.
Дляисключения погрешностей за счет нестабильности усиления измерительного тракта инелинейности преобразования сигналов при измерениях шумовых параметров четырехполюсниковможет использоваться метод опорного сигнала. Структурная схема методапредставлена на рисунке 3.3.
Отизмерительного генератора, работающего в режиме непрерывной генерации, черезнаправленный ответвитель на исследуемое устройство подается опорный сигнал. Втракте промежуточной частоты измерительного приемника имеются ограничитель ичастотный детектор. Второй детектор приемника по отношению к шумовому сигналуработает в смесительном режиме. Гетеродинным сигналом является опорный сигналот измерительного генератора. При выключенном генераторе шума (ГШ)отсчитывается показание выходного индикатора приемника. Включается генераторшума, изменением ослабления аттенюатора измерительного генератора увеличиваетсяуровень опорного сигнала до получения прежнего показания индикатора. Разностьдвух отсчетов аттенюатора дает отношение сигналов на выходе четырехполюсника.
/>
Рисунок 3.3 — Структурная схема измерения шумовых параметров четырехполюсников методомопорного сигнала
Основнымнедостатком метода является значительная составляющая погрешности измерения засчет собственных шумов измерительного приемника. Кроме того, метод не имеетпреимуществ по сравнению с другими методами в части высокочастотной составляющейпогрешности измерений.
3.2 Модуляционный метод измерения шумовых параметровчетырехполюсников
Известномного различных вариантов модуляционного метода. Общим для них являетсясравнение мощности шумов на выходе линейной части испытуемого устройства привключенной и выключенной мерах температуры шума [спектральной плотностимощности шума (СПМШ)] на входе четырехполюсника. Для выделения слабых шумовыхсигналов на выходе измеряемого устройства используется модуляционный методвыделения и измерения сигналов.
/>
Рисунок 3.4 — Упрощенная структурная схема
Методобладает достаточно высокой чувствительностью, что позволяет использовать приизмерениях относительно маломощные меры шума, а также включать их визмерительные тракты через направленные ответвители. Последнее в свою очередьделает возможным:
·       производитьизмерения коэффициента шума при работе приемного устройства на реальнуюнагрузку (антенну);
·       осуществлятьизмерения шумовых параметров без нарушения функционирования приемного устройства;
·       исключатьдополнительную погрешность измерения, обусловленную изменением выходногосопротивления генератора шума при его работе в режиме модуляции.
На рисунке 3.4приведена упрощенная структурная схема метода измерения.
Принцип измеренияиллюстрируется на рисунке 3.5, на котором показан характер изменения во времениотносительных температур шума, приведенных к входу измеряемого устройства.
/>
Рисунок 3.5 — Временная диаграмма изменения температуры шума на входе измеряемогочетырехполюсника
При модуляциигенератора шума (включении и выключении) относительная температура шума,приведенная к входу измеряемого четырехполюсника, изменяется
от
Тгш/Т0 +Тч/Т0 + Тизм/Т0 или tгш+Fч+
до
Т0/Т0 + Тч/Т0+ Тизм/Т0 или Fч + ,
где  = (Fизм – 1)/G;
Тгш — температура шума генератора;
Tгш — избыточная относительная температура шума генератора;
Тч — температура шума измеряемого четырехполюсника;
Fч — коэффициент шума четырехполюсника;
Fизм — коэффициент шума измерительного устройства;
Т0 — нормальная температура (293К).
Шумовойсигнал на выходе четырехполюсника промодулирован частотой модуляции генераторашума. Как видно из рисунка 3.5, глубина модуляции тем больше, чем меньшемощность шумов измеряемого четырехполюсника. Во всех вариантах модуляционногометода селективно выделяются низкочастотные составляющие частоты модуляции,пропорциональные tгш и tгш + Fч +  или Fч + . Одна из величин(tгш) фиксируется с помощью автоматического регулирования усиления (АРУ)усилителя измерительного устройства, а другая используется для определениякоэффициента шума измеряемого четырехполюсника. Применение при этомузкополосных устройств (синхронных и частотных детекторов, фильтров и др.)позволяет избавиться от шумового фона и увеличить чувствительность к первойгармонике низкочастотной составляющей модулированных сигналов.
Известнобольшое число различных вариантов модуляционного метода, удовлетворяющих многимтребованиям, предъявляемым к измерениям шумовых параметров четырехполюсников. Взависимости от требуемой точности и пределов измерения, особенностейисследуемых устройств может быть технически реализован тот или иной вариантметода. />

4. Средства измерения коэффициента шума четырехполюсников/>
4.1 Общие сведения
Для измерениякоэффициента шума и коэффициента передачи приемно-усилительных устройств СВЧдиапазона выпускается относительно большое число типов приборов. Этаизмерительная аппаратура различается по техническим характеристикам (пределамизмерений, диапазонам рабочих частот) и номенклатуре исследуемых устройств.Весь комплекс приборов позволяет решать многие измерительные задачи,возникающие при оценке шумовых свойств как аппаратуры в целом, так и отдельныхее узлов при их проектировании, производстве и эксплуатации. С помощью подобныхприборов могут производиться измерения:
·       коэффициенташума и коэффициента передачи приемных устройств;
·       коэффициенташума и коэффициента передачи СВЧ усилителей, интегральных микросхем итранзисторов по точкам и в панораме;
·       коэффициенташума и коэффициента преобразования смесителей;
·       градуировкарабочих генераторов шума.
Измерителькоэффициента шума, как правило, представляет собой супергетеродинный приемник свысокоточным детектором. ИКШ обеспечивает управление генератором шума и выводрезультатов измерения на индикатор. Вычисление коэффициента шума производитсяавтоматически по модуляционному методу.
4.2 Измерение коэффициента шума и коэффициента передачи приемно-усилительныхустройств СВЧ диапазона
Измерениевыполняется в два этапа: вначале проводится калибровка измерительного тракта сподключением генератора шума к входу измерителя (рисунок 4.1), при которойизмеряется собственный коэффициент шума измерителя во всем частотном диапазонепри двух различных температурах источника шума (включенное и выключенное состояниеГШ).
/>
Рисунок 4.1 — Структурная схема калибровки измерительного тракта
При этомнапряжение на входе АЦП изменяется от величины
/> (4.1)
до величины
/> (4.2)
где /> - коэффициент передачи по мощностиизмерительной схемы от входа ИКШ до выхода детектора;
/> - приведенная квходу температура шума ИКШ;
/> - коэффициентпропорциональности.
По сигналамα1 и β1 происходит определение коэффициента шума ИКШ
/> (4.3)

где /> - избыточнаяотносительная температура генератора шума.
Далееприсоединяется исследуемое устройство между выходом ГШ и входом измерителя ипроводится измерение его характеристик (рисунок 4.2).
/>
Рисунок 4.2 — Структурная схема измерения КШ и КП четырехполюсников
На этапеизмерения (рисунок 4.2) в зависимости от того выключен генератор шума иливключен, напряжение на входе АЦП изменяется от величины
/> (4.4)
до величины
/> (4.5)
После этогопроисходит определение искомых параметров /> и /> в соответствии с формулами:
/>  (4.6)

/> (4.7)
В случае есликоэффициент усиления приемного устройства (ПУ) достаточно высок, так что можнопренебречь шумами ИКШ, то измерения производят без калибровки, сразу определяякоэффициент шума ПУ, который равен
/>,  (4.8)
где α2 иβ2 — величины, определяемые по (4.4) и (4.5).
Одним изосновных качеств современных ИКШ является высокая автоматизация процессаизмерения на базе вычислительной техники. Основную роль в автоматизациипроцесса измерения, управления работой и обработки результатов в ИКШ выполняютмикропроцессоры и ЭВМ. Применение в приборах микропроцессоров позволило за счетзамены аппаратных средств программными принципиально изменить процессизмерения, расширить функциональные возможности ИКШ, автоматизировать рядтрудоемких операций по проведению подготовительных настроек, обработкерезультатов измерений, а также упростить электрические схемы. Расширениефункциональных возможностей ИКШ выразилось в том, что одним прибором, удаетсяреализовать все измерительные задачи.
Микропроцессорв приборе выполняет следующие основные функции:
·       производитавтоматический выбор пределов измерений;
·       выполняетавтоматическое управление процессом измерения (устанавливает необходимый дляизмерения уровень входных сигналов, управляет работой отдельных узловизмерительного тракта и др.);
·       автоматическиперестраивает встроенный в прибор гетеродин либо в заданном операторомдиапазоне частот, либо на частоту, на которой должны производиться измерения;
·       производитавтоматически измерение собственных коэффициентов шума и передачи ИКШ и вноситкоррекцию в результаты измерений шумовых и передаточных характеристикчетырехполюсников;
·       производитматематическую обработку результатов измерений (усредняя их с целью уменьшенияфлуктуационной погрешности).
Наряду с ИКШчасто применяются анализаторы спектра, измерение коэффициента шума в этомслучае осуществляют по методу опорного генератора или по методу двух отсчетов.Вычисление шумовых параметров производится вручную, но некоторые современныеанализаторы спектра могут вычислять КШ автоматически модуляционным методом.Наряду с таким достоинством, как многофункциональность, анализаторы обладаютнесколькими недостатками, такими как:
·            низкаячувствительность, для повышения которой необходим малошумящий усилитель;
·            погрешностьизмерения сильно превышает погрешность ИКШ;
·            низкаяскорость и относительно высокая трудоемкость проведения измерений по сравнениюс ИКШ.
В качествепростейшего прибора для измерения шумовых параметров может быть использованваттметр, как основной прибор измерения уровня сигнала. При этом по методу двухотсчетов рассчитывать коэффициент шума нужно вручную или при наличиисоответствующего интерфейса с помощью ЭВМ. Так как измеритель мощности являетсяширокополосным устройством, то в результате расчета будут определеныинтегральные шумовые параметры. Для определения дифференциальных параметров навыходе измеряемого устройства надо поставить узкополосный фильтр. Такой фильтробычно является не перестраиваемым, поэтому измерения производятся нафиксированной частоте. Наиболее часто ваттметры используются для измерениякоэффициента шума приемников, имеющих фиксированную промежуточную частоту.Низкая чувствительность ваттметров налагает дополнительное требование наизмеряемые приемники, которые должны обладать достаточным коэффициентомусиления. Дополнительный малошумящий усилитель, включенный на входе измерителямощности, повысит чувствительность, но может внести погрешность из-занестабильности своих параметров./>
4.3 Генераторы шума
 
4.3.1 Общиесведения
В качествеградуированных по температуре шума или спектральной плотности мощности шумовисточников сигналов при измерениях шумовых параметров приемно-усилительныхустройств, СВЧ интегральных микросхем, транзисторов и пр. используетсязначительная номенклатура генераторов шума. Физическая природа возникновенияфлуктуации электрического тока или напряжения весьма разнообразна. Она можетзаключаться в тепловом движении электронов (тепловой шум), дрейфе носителейтока (дробовой эффект), флуктуациях проводимости (избыточный шум) и др. Вкачестве первичных источников шума в задающих генераторах используютсяразличные устройства. Классификация шумовых приборов приведена на рисунке 4.3.
/>
Рисунок 4.3 — Классификация шумовых приборов приведена

4.3.2 Газоразрядные генераторы шума
Широкоеприменение в сантиметровом диапазоне волн в качестве первичного источника шуманашли газоразрядные шумовые трубки с положительным столбом. Газоразрядныешумовые трубки (ГШТ) имеют высокую равномерность спектральной плотностимощности шума в широкой полосе частот, стабильный и относительно высокийуровень мощности, просты в эксплуатации, устойчивы к жестким воздействиямвнешней среды и обладают достаточно высокой эксплуатационной надежностью.
Газоразрядныешумовые трубки представляют собой стеклянную трубку, наполненную инертным газом(аргоном или неоном) до давления от сотен до тысяч Паскалей. На одном концетрубки расположен катод, на противоположном — анод. Свойство газоразрядныхтрубок генерировать шумы обусловлено колебаниями электронов в плазме. Дляпрактического использования шумового излучения положительного столба ГШТпомещают в специальные генераторные секции. В зависимости от диапазона частот итипа трубки могут быть использованы генераторные секции, выполненные наволноводе, коаксиальной или полосковой линии.
Волноводныешумовые генераторы представляют собой отрезок волновода, в центре широкойстенки которого под малым углом (7 — 15°) помещается ГШТ. Наклонное положениетрубки в волноводе обеспечивает при разряде равномерное внесение потерь надостаточной длине линии, благодаря чему достигается удовлетворительное согласованиеГШТ с линией передачи в широком диапазоне частот. Полосковые генераторы шумапредставляют собой симметричную полосковую линию вдоль оси которой помещаетсягазоразрядная шумовая трубка.
Основнымипараметрами, характеризующими шумовые газоразрядные генераторы, являются:
·       рабочийдиапазон частот;
·       температурашума (относительная температура шума) или спектральная плотность мощности шума;
·       КСВНшумового генератора в рабочем режиме («горячий» прибор) и в выключенномсостоянии («холодный» прибор);
·       потери,вносимые в тракт генератором шума в выключенном состоянии;
·       анодныйток ГШТ;
·       погрешностьградуировки СПМШ генератора шума.
Интенсивностьизлучения ГШТ определяется главным образом электронной температурой плазмы />. При помещении ГШТ в волноводную иликоаксиальную генераторную секцию интенсивность шумового излучения генераторашума становится меньше /> на значение потерь в генераторной секции.Потери, вносимые генератором шума в тракт, в основном определяются потерями встенке трубки, линии передачи и в присоединительных элементах.
Междутемпературой шума генератора, электронной температурой плазмы, потерями,вносимыми в тракт включенным /> и выключенным /> генераторами, имеется связь, которая можетбыть выражена следующим соотношением:
/> (4.9)
Как видно из(4.9), температура шума генератора и ее стабильность во многом определяютсяпревышением потерь, вносимых в тракт в рабочем режиме, над потерями ввыключенном состоянии. Поэтому при разработке генераторов шума или выбореприбора для измерения всегда стремятся к получению большого значения /> и малых />.
Частотнаязависимость затухания, вносимого плазмой в СВЧ линию передачи, и потерь вгенераторной секции, не оказывает значительного влияния на частотнуюхарактеристику СПМШ генераторов. Больший вклад вносит зависимость анодныхколебаний в ГШТ от частоты. Соответствующим выбором анодного тока трубки можнодостигнуть значительного снижения этой составляющей частотной зависимости СПМШгенераторов.
Генераторышума на ГШТ обладают довольно высокой временной стабильностью. Значения шумовойтемпературы отдельных ГШТ отличаются друг от друга только в пределах случайнойпогрешности измерений. Газоразрядные шумовые трубки не имеют заметного старенияот наработки. В связи с этим специально отобранные ГШТ используются в качествемеры СПМШ в эталонах и образцовой аппаратуре различных разрядов. Погрешностиградуировки генераторов шума определяются в основном точностью измерительнойаппаратуры.
4.3.3 Тепловые генераторы шума
В основупостроения тепловых генераторов шума положен принцип излучения электромагнитнойэнергии нагретым «черным» телом. Основным элементом таких генераторов являетсясогласованная нагрузка, физическая температура которой определяет спектральнуюплотность мощности шумового излучения:
/> (4.10)
Уравнение (4.10)справедливо в области температур и частот, в которой выполняется соотношение:
/>, (4.11)
где h — постоянная Планка (6,62 ∙ 10-34 Дж/с);
Т — температура источника шумового излучения, К;
K — постоянная Больцмана (1,38-10-23 Дж/град);
f — частотарадиоизлучения, Гц.
Приневыполнении (4.11) спектральная плотность мощности излучения «черного» телаопределяется законом Планка:
/> (4.12)
Применениепри расчетах соотношения (4.12) является сложным.
Известно, чтосуществует с достаточной для расчета точностью (примерно 1 %) линейнаязависимость между физической температурой тела и спектральной плотностьюшумового излучения вплоть до температуры жидкого гелия (4 К) и частотдлинноволновой части миллиметровых волн. В этом случае условием выполнениясоотношения (4.10) является соотношение:
/>.
Тепловыегенераторы применяются при создании эталонных и образцовых источников шума дляпередачи единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучениярабочим прибором, а также при измерениях шумовых параметров малошумящихустройств.
Тепловыегенераторы шума классифицируются:
·       низкотемпературные(НГШ);
·       высокотемпературные(ВГШ).
Низкотемпературныегенераторы шума
НГШ в общемслучае состоят из однородной линии передачи, нагруженной на согласованнуюнагрузку и помещенной в криостат с жидким охладителем. В качестве охладителейиспользуются: жидкий азот, гелий и водород.
Дляуменьшения притока тепла к охладителю через поперечное сечение линии передачипоследние часто выполняются в виде коаксиальной линии с минимально тонкимистенками проводников. По сравнению с волноводными трактами, особенно большихсечений, размеры коаксиальной линии могут быть значительно меньше. Связь с волноводнымтрактом в этом случае осуществляется с помощью волноводно-коаксиальногоперехода.
Внешний ивнутренний проводники коаксиальной линии выполняются из нержавеющей стали, чтообусловлено ее весьма низкой теплопроводностью. Токонесущие поверхности проводниковпокрываются тонким слоем металла с высокой электропроводностью (серебро,золото).
В качествесогласованных нагрузок в генераторах используются резисторы или объемныекоаксиальные нагрузки, выполненные из поглощающего материала. Для согласованиянагрузки с трактом внутренняя поверхность внешнего проводника в нижней части,коаксиальной линии имеет специальную форму.
Особенностьюэксплуатации низкотемпературных генераторов шума является то, что уровниохлаждающих жидкостей с течением времени непрерывно снижаются, а это приводит кизменению температуры вдоль нагрузки и линии передачи, а также вносимых в линиюпотерь. В каждой конструкции генератора применяются различные техническиерешения для стабилизации во времени температуры шума.
Полагая, чтораспределение температуры вдоль нагрузки равномерно и она имеет температуруохлаждающей жидкости и хорошо согласована с линией передачи (КСВН
/>, (4.13)

где Тн — температура нагрузки;
α(х) — коэффициент затухания единицы длины секции;
x1 — расстояние от выхода генератора до нагрузки.
Распределениетемпературы вдоль выходного тракта измеряется с помощью термопары принескольких уровнях охлаждающей жидкости (после заливки, при минимальномуровне). Коэффициент затухания отдельных секций и нестабильность потерь вразъемах определяются экспериментально и затем рассчитываются с учетомизменения температуры секций.
Основнымисоставляющими погрешности определения номинальной температуры шума на выходегенератора являются:
·       погрешность,вызванная неточным учетом неравномерности охлаждения нагрузки;
·       погрешностьза счет неточности определения потерь в линии передачи и нестабильности потерьв разъемах;
·       погрешность,вызванная неопределенностью распределения температуры.
Высокотемпературныегенераторы шума
Основуконструкции подобных генераторов составляет согласованная нагрузка, нагретая доотносительно высокой температуры. Для хорошего согласования нагрузкавыполняется в виде объемного и пленочного поглотителя. Непосредственно наволноводе с нагрузкой размещен нагреватель в виде нагревательных спиралей. Засчет различной плотности намотки спирали вдоль волновода достигаетсянеобходимая равномерность распределения температуры вдоль поглотителя.
Волновод снагревателем помещен в цилиндрический тепловой экран. Пространство междукожухом генератора и экраном, заполнено изолирующим материалом. В конструкциипоглотителя размещены термопары для измерения и автоматического регулированияпостоянства температуры.
При нагревесогласованной нагрузки она создает шумовое излучение. Спектральная плотностьмощности шума такого генератора при одинаковой температуре вдоль поглотителя иотсутствии потерь в волноводе от поглотителя до выхода прямо пропорциональнаабсолютной температуре поглотителя. Так как данные условия трудно выполнимы,аттестация высокотемпературных генераторов шума, так же как инизкотемпературных, производится экспериментально-теоретическим методом.
Основнымисоставляющими погрешности ВГШ являются:
·       погрешностьаппаратуры для автоматической стабилизации температуры (/>);
·       погрешностьизмерения температуры (/>);
·       погрешностьза счет неравномерности температуры вдоль поглотителя (/>);
·       погрешностьвнесения поправки на потери в волноводе (/>).
Общаяпогрешность высокотемпературного генератора шума определяется суммой частныхпогрешностей, являющихся случайными и не зависящими друг от друга:
/> (4.14)
Анализабсолютных значений составляющих погрешности показывает, что наибольший вклад вобщую погрешность вносит составляющая, обусловленная учетом потерь в волноводе.Уменьшение этой погрешности возможно лишь при изготовлении волновода изнеферромагнитного материала с проводимостью, большей проводимости никеля.Наиболее подходящим для этой цели является золото. Особенно большое значениеэтот фактор приобретает при повышении рабочей частоты, когда потери волноводазначительно возрастают.
Высокотемпературныегенераторы шума используются в широком диапазоне частот — вплоть докоротковолновой части миллиметровых волн.
4.3.4 Полупроводниковые генераторы шума
Изгенераторов шума на полупроводниковых приборах наибольшее применение в практикеизмерений находят генераторы на лавинно-пролетном диоде (ЛПД). Конструктивноони состоят из ЛПД и генераторной секции, служащей для согласования входногосопротивления p-n-перехода с сопротивлением нагрузки. Источником шумовогоизлучения в ЛПД являются дробовые флуктуации тока насыщения диода и флуктуациикоэффициента умножения лавины. Мощность, отдаваемая диодом в нагрузку,определяется выражением:
/>, (4.15)
где /> - минимальная мощность шумов, отдаваемаядиодом в согласованную с его внутренним сопротивлением нагрузку;
/> - коэффициентпередачи мощности от p-n-перехода в нагрузку;
/> - спектральная плотностьфлуктуации тока диода;
/> - сопротивлениеp-n-перехода диода;
/> -сопротивление растекания диода.
Генераторышума перекрывают дециметровый и сантиметровый диапазоны волн. Они могутработать как в режиме непрерывных колебаний, так и в режиме импульсноймодуляции при длительности импульсов от нескольких долей микросекунд и более.Генераторы имеют некоторые технико-эксплуатационные характеристики (большуюСПМШ и частоту модуляции, меньшую длительность модулированных импульсов, малыегабариты и массу, простую схему электрического питания) лучшие, чем угенераторов на газоразрядных трубках, но уступают последним по стабильностиСПМШ и ее частотной зависимости. В таблице 4.1 приведены основные техническиехарактеристики нескольких типов генераторов шума на лавинно-пролетном диоде.
Таблица 4.1 — Основные технические характеристики ГШ на ЛПДТип Частотный диапазон, ГГц ИОШТ (ENR), дБ Неравномерность ИОШТ, дБ
КСВН
вкл./выкл. Производитель NC346A 0,01–18 5–7 1,15:1 1 NC346B 0,01–18 14–16 1,15:1 1 NC346C 0,01–26,5 13–17 1,15:1 1 NC346D 0,01–18 19–25 ±2 1,5:1 1 NC346E 0,01–26,5 19–25 ±2 1,5:1 1 NC346АК 0,01–26,5 5–8 1,5:1 1 NC346Ка 0,1–40 10–17 1,5:1 1 NC3404 2–4 30–36 ±0.75 1,25:1 1 NC3405 4–8 30–35 ±0.75 1,25:1 1 NC3406 8–12 28–33 ±0,75 1,25:1 1 NC3407 12–18 26–32 ±0,75 1,25:1 1 R347B 26,5–40 10–13 1,42:1 2 Q347B 33–50 6–13 1,57:1 2
1 – NoiseCom;2 – Agilent Technologies.
4.4 Результаты обзора и анализа современных ИКШ
Выбор прототиповосуществлялся по следующим критериям:
·       ИКШдолжен отвечать современным требованиям и отображать
главныепринципы построения современных приборов;
·       ИКШдолжен иметь перспективную конструкцию.
По этимкритериям были отобраны измерители коэффициента шума серии NFA фирмы AgilentTechnologies N8973A — N8975A. Приборы этой серии предназначены для измерениякоэффициента и температуры шума радиоприемных устройств, коэффициента шума ипередачи СВЧ усилителей, транзисторов и интегральных микросхем. Измерениякоэффициента шума, коэффициента передачи и температуры шума и индикациярезультатов могут осуществляться как в диапазоне частот (в панораме), так и нафиксированных частотах (в точке).
Основныетехнические характеристики этих измерителей приведены в таблице 4.2
Таблица 4.2 — Основные технические характеристики ИКШ серии NFАТип Диапазон входных частот, ГГц Полосы измерения, МГц N8973A 0,01 – 3 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 N8974A 0,01 – 6.7 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 N8975A 0,01 – 26.5 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4
Таблица 4.3 — Технические особенности ИКШ серии NFА
/>
Структурнаясхема измерителя коэффициента шума N8973A представлена на рисунке 4.4.

/>
Рисунок 4.4 — Структурная схема ИКШ N8973A
Впреобразователе частот (блок радиоприемного тракта) спектр входного сигналасначала переносится вверх на первую промежуточную частоту 3921,4 МГц, а затем,вниз на вторую ПЧ равную 321,4 МГц. После фильтрации паразитных каналовпреобразования сигнал снова попадает на смеситель, где его спектр переноситсяна третью ПЧ равную 21,4 МГц. Выбор входной частоты осуществляется перестройкойсинтезированного ЖИГ — генератора, который служит первым гетеродином. Послеэтого сигнал усиливается, фильтруется и попадает в блок цифровой обработкисигнала ПЧ (ЦОС ПЧ), где оцифровывается, фильтруется и детектируется. Оцифрованныйсигнал проходит через цифровой ППФ с шириной полосы пропускания 4 МГц. С выходацифрового фильтра сигнал поступает на процессор цифровой обработки сигналов.
Блок сбораданных и управления предназначен для управления работой блока ЦОС ПЧ, перестраиваемогогетеродина, модулятора ГШ и обмена данных с ЭВМ. ЭВМ обеспечивает отображениерезультатов измерений и выполняет ряд вычислительных функций.
 

5. Выбор и обоснование структурной схемы ИКШ
5.1 Структурная схема, описание работы
При выборесхемы построения ИКШ будем опираться на результаты обзора современныхизмерителей коэффициента шума и технические требования, предъявляемые в заданиина проектирование (диапазон рабочих частот, полоса пропускания фильтров ПЧ поуровню -3 дБ). Таким образом, структурная схема ИКШ будет выглядеть так, какпоказано на рисунке 1.1.
/>
Рисунок 5.1 — Упрощенная структурная схема ИКШ
ИКШ состоитиз следующих основных блоков:
·       преобразовательчастоты;
·       блоксинтезаторов частот;
·       ЦОСПЧ (блок цифровой обработки сигнала ПЧ);
·       блокуправления;
·       модуляторГШ;
·       блокпитания.
Преобразовательчастот осуществляет перенос спектра шумового сигнала из входного диапазона0,01…4 ГГц на промежуточную частоту, в блоке производится необходимое усилениеи фильтрация сигнала. В качестве сигналов гетеродинов используются сигналы изблока синтезаторов частот.
В блокецифровой обработки (ЦОС ПЧ) сигнал оцифровывается, фильтруется и детектируется.Блок управления предназначен для управления работой блоков ЦОС ПЧ, синтезаторовчастот, модулятора ГШ и обмена данных с ЭВМ. ЭВМ обеспечивает панорамноеотображение результатов измерений и выполняет ряд вычислительных функций.
Модулятор ГШиспользуется для управления полупроводниковым генератором шума, а также дляобеспечения питания ГШ стабилизированным напряжением. Укрупненная структурнаясхема ИКШ представлена на рисунке 5.2.
/>
Рисунок 5.2 — Укрупненная структурная схема ИКШ
Дляпреобразователя частоты выбрана супергетеродинная схема с тройнымпреобразованием частоты, аналогичная примененной в преобразователе частот ИКШN8973A фирмы Agilent. Первое преобразование выполняется при качании частотыпервого гетеродина и фиксированной промежуточной частоты, во втором и третьемпреобразовании — частоты гетеродинов и промежуточные частоты фиксированы. Перваяпромежуточная частота равна 9470 МГц, вторая 1070 МГц, третья 70 МГц. Всесмесители работают на основной гармонике входного сигнала и гетеродина. Видчастотных преобразований смесителей представлен в таблице 5.1.
Таблица 5.1 — Частотные преобразования смесителей блока РПТНомер
Входные частоты (/>)
Частоты
гетеродина (/>) Преобразование
/>, МГц 1 10 МГц — 4 ГГц 9,48 ГГц — 13,47 ГГц
/> 9470 2 9470 МГц 8400 МГц
/> 1070 3 1070 МГц 1000 МГц
/> 70
При первомпреобразовании частоты используется высокая промежуточная частота (Fпч1 = 9470 МГц), чтопозволяет подавить частоты зеркального канала (Fзерк = 18,95 ГГц — 26,94 ГГц)ФНЧ с фиксированной настройкой, без влияния на анализируемый входной сигнал (см.рисунок 5.3).
/>
Рисунок 5.3 — Первое преобразование частоты блока РПТ
При второмпреобразовании частоты, сигнал переносится на более низкую промежуточнуючастоту (Fпч2= 1070МГц). Частота зеркального канала (Fзерк2 = 7,33 ГГц) подавляется полосовым фильтромпервой промежуточной частоты (см. рисунок 5.4).

/>
Рисунок 5.4 — Второе преобразование частоты блока РПТ
При третьемпреобразовании частоты, сигнал переносится на третью промежуточную частоту (Fпч3 = 70 МГц). Частотазеркального канала (Fзерк3= 930 МГц) подавляется полосовым фильтром второй промежуточнойчастоты (см. рисунок 5.5).
/>
Рисунок 5.5 — Третье преобразование частоты блока РПТ
Функциональнаясхема преобразователя частоты (блок радиоприемного тракта) представлена нарисунке 5.6.

/>
Рисунок 5.6 — Функциональная схема преобразователя частоты (блок РПТ)
Шумовойсигнал из диапазона входных частот 10 — 4000 МГц поступает на входнойуправляемый аттенюатор. Входной аттенюатор предназначен для регулированияуровня мощности входного сигнала. Ослабление аттенюатора регулируется в диапазоне0 дБ — 60 дБ с шагом 20 дБ. Усиленный малошумящим усилителем сигнал переноситсявверх на частоту />МГц. С помощью входного ФНЧосуществляется подавление частот выше 5 ГГц, которые могут ввести усилителипреобразователя в насыщение. На частоте /> сигнал усиливается и его спектрпереносится вниз на частоту />МГц. Полосно-пропускающий фильтр, расположенныйперед вторым смесителем подавляет паразитные каналы второго преобразования. Третийсмеситель осуществляет частотное преобразование на третью промежуточную частоту/>МГц. Начастоте /> сигналусиливается, проходит через набор переключаемых полосно-пропускающих фильтров,определяющих полосу измерения, и поступает в блок цифровой обработки, где оцифровывается,фильтруется и детектируется. На выходе АЦП получается двоичное представление аналоговогосигнала, которое затем обрабатывается арифметически цифровым сигнальнымпроцессором (DSP).

5.2 Выбор элементной базы блока РПТ-04, синтезатора частот игетеродинов
Результирующийкоэффициент шума преобразователя частоты определяет собственный коэффициентшума ИКШ и не должен превышать требуемый в задании. По техническому заданиютребуется обеспечить собственный коэффициент шума измерителя — не более 8 дБ. Выборэлементной базы блока РПТ-04 начнем с активных элементов.
К техническимхарактеристикам первого смесителя предъявляются особенно жесткие требования,так как:
· первые каскады цепи оченьсильно влияют на коэффициент шума всей цепи в целом, следовательно, нужно подобратьсмеситель с минимально возможными вносимыми потерями и минимально возможнымзначением коэффициента шума;
· требуется выбратьсмеситель с достаточно хорошим подавлением комбинационных составляющих.
Что жекасается второго и третьего смесителя, то к ним предъявляются менее жесткиетребования. При выборе второго и третьего смесителей важно учесть вносимыепотери, а также обратить внимание на их цену и доступность.
К техническимхарактеристикам усилителей предъявляются следующие требования:
·       возможностьработы в данном диапазоне частот;
·  как можно меньшийкоэффициент шума;
·  достаточный коэффициентусиления;
·  доступность и низкая цена.
Техническиепараметры выбранных смесителей и усилителей представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 — Технические параметры активных элементов блока РПТ-04№ п/п Наименование узла, модуля, блока Основные технические параметры 1 Измеритель коэффициента шума 2 Плата преобразователя частот (блок РПТ-04) в составе: 3
Смеситель 1
M1R-920SES
§  коэффициент передачи -6 дБ;
§  коэффициент шума 8 дБ;
§  КСВН вх/вых 4
Смеситель 2
HMC410M
§  коэффициент передачи -8 дБ;
§  коэффициент шума 8 дБ;
§  КСВН вх/вых 5
Смеситель 3
HMC377QS
§  коэффициент передачи +14 дБ;
§  коэффициент шума 11 дБ;
§  КСВН вх/вых 6
Усилитель ВЧ
SBW-5089
§  коэффициент усиления 15 дБ;
§  коэффициент шума 4.5 дБ. 7
Усилитель ПЧ1
HMC-441L
§  коэффициент усиления 17 дБ;
§  коэффициент шума 5 дБ. 8
Усилитель ПЧ2
SBF-4089
§  коэффициент усиления 20 дБ;
§  коэффициент шума 2.5 дБ. 9
Усилитель ПЧ3
LT5514f
§  коэффициент усиления 22.3 дБ;
§  коэффициент шума 7.7 дБ.
К техническимхарактеристикам пассивных элементов схемы (фильтрам, аттенюаторам,переключателям) относится вносимое затухание, чем оно меньше, тем меньшезначение коэффициента шума всего тракта.
Основныетехнические параметры выбранных пассивных элементов представлены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 — Основные технические параметры пассивных элементов блока РПТ-04Наименование Название Основные технические параметры Входной аттенюатор Agilent
§  от 0 дБ до 60 с шагом 20 дБ;
§  вносимое затухание 1 дБ. Упр. аттенюатор HMC288M
§  от 0 дБ до 14 дБ с шагом 2 дБ;
§  вносимое затухание 1 дБ. Перекл. 1.1,1.2 SW-485 §  вносимое затухание 0.3 дБ ППФ 9470 МГц ППФ КР
§  центральная частота 9470 МГц;
§  полоса пропускания по уровню -3 дБ – 70 МГц;
§  вносимое затухание в полосе пропускания не более 5 дБ;
§  коэффициент прямоугольности АЧХ по уровню -3/-50дБ не более 4. ППФ 1070 МГц ППФ КР
§  центральная частота 1070 МГц;
§  полоса пропускания по уровню -3 дБ – 40 МГц;
§  вносимое затухание в полосе пропускания не более 4 дБ;
§  коэффициент прямоугольности АЧХ по уровню -3/-50дБ не более 4.
ППФ 70 МГц
ПП = 0.3 МГц SAWTEK 854678 §  вносимое затухание 20 дБ
ППФ 70 МГц
ПП = 3 МГц SAWTEK 855741 §  вносимое затухание 20 дБ ФНЧ 5 ГГц LFCN-5000
§  частота среза Fв= 5000 МГц;
§  неравномерность АЧХ в полосе
§  пропускания £ 0.5 дБ;
§  затухание на частотах выше 7 ГГц ³ 50 дБ; ФНЧ 100 МГц LC §  вносимое затухание 1 дБ ФВЧ 50 МГц LC §  вносимое затухание 1 дБ
В качествеФНЧ 5 ГГц используется фильтр, произведенный фирмой “Микран”. Этот фильтрспециально разработан для работы в составе блока РПТ-04. В качестве ППФ 9470МГц и ППФ 1070 МГц используются керамические фильтры, настроенныесоответственно на частоты 9470 МГц и 1070 МГц, также произведенные фирмой“Микран”. ФВЧ 50 МГц и ФНЧ 100 МГц представляют собой LC фильтры. Схемы ФВЧ иФНЧ представлены на рисунках 5.7 и 5.8 соответственно.

/>
Рисунок 5.7 — Схема ФВЧ
/>
Рисунок 5.8 — Схема ФНЧ
АЧХ изависимость коэффициента стоячей волны (КСВ) от частоты для ФВЧ и ФНЧпредставлены на рисунке 5.9. Расчет этих фильтров производился в программе СВЧ- моделирования Microwave Office 2004.
/>
Рисунок 5.9 — АЧХ и зависимость КСВ от частоты для ФВЧ и ФНЧ
Потехническому заданию требуется обеспечить следующие значения полосы пропусканияфильтров ПЧ по уровню -3 дБ: 3 МГц (дополнительно 0.3 МГц). Для обеспечениядвух полос измерения требуются два ППФ настроенных на одну частоту, но имеющихразличные полосы пропускания. В качестве таких фильтров были выбраны ППФ наповерхностных акустических волнах (ПАВ) фирмы SAWTEK, они обладают компактнымиразмерами и выпускаются большим количеством производителей с различнымихарактеристиками. Многие производители выпускают серии ПАВ фильтров на 70 МГц и140 МГц. Фильтры этих серий отличаются только полосами пропускания, поэтомузначение третьей промежуточной частоты принято равным 70 МГц.
Дляобеспечения технических требований, заложенных в ТЗ, при выбранной элементнойбазе, укрупненная функциональная схема блока РПТ-04 будет выглядеть так, какпоказано на рисунке 1.7.
/>
Рисунок 5.7 — Укрупненная функциональная схема блока РПТ-04
Управляемыйаттенюатор (HMC288M от 1 дБ до 14 с шагом 2 дБ) и усилители с регулируемымкоэффициентом усиления (LT5514f от 0.5 дБ до 22.5 с шагом 2 дБ) позволяютрегулировать коэффициент усиления тракта с более мелким шагом, чем шагрегулировки входного аттенюатора. Так как ППФ на 70 МГц вносит достаточнобольшие потери (20 дБ), следует включить на его выходе еще один усилитель.
Основныетехнические особенности выбранных синтезатора частот и гетеродинов представленыв таблице 5.4.

Таблица 5.4 — Основные технические параметры синтезатора частот и гетеродинов№ п/п Наименование узла, модуля, блока Основные технические параметры 1 Измеритель коэффициента шума 2 Синтезатор частот 2370-3367,5 МГц
·           шаг по частоте 0,25 Гц;
·           фазовые шумы 1/10/100 кГц не более -95/-100/110 дБ;
·           Рвых = 3…5 дБм;
·           КСВН вых 3 Умножитель 4-8 ГГц
·           коэффициент преобразования ³8 дБ;
·           Рвых ³ 11 дБм);
·           КСВН вх/вых 3 Умножитель 8-16 ГГц
·           коэффициент преобразования ³8 дБ;
·           Рвых ³ 11 дБм);
·           КСВН вх/вых 4 Гетеродин 8400 МГц
·           фазовые шумы 1/10/100 кГц не более -100/-105/-115 дБ;
·           Рвых ³ 3 дБм;
·           КСВН вых 5 Гетеродин 1000 МГц
·           фазовые шумы 1/10/100 кГц не более -105/-115/-120 дБ;
·           Рвых ³ 3 дБм;
·           КСВН вых
Результатырасчетов собственного коэффициента шума и коэффициента усиления всегорадиоприемного тракта в программе СВЧ — моделирования Microwave Office 2004представлены на рисунке 5.8.

/>
Рисунок 5.8 — Рассчитанные амплитудные характеристики блока РПТ-04
Как видно изграфика на рисунке 5.8 требование по собственному коэффициенту шума измерителя- не более 8 дБ, заложенное в ТЗ, выполняется.
 

6. Детектированиесигнала в ИКШ
В ИКШ сигналПЧ обычно конвертируется в видеосигнал (сигнал, чья частота простирается отнулевой частоты до некоторой верхней частоты, определяемой параметрами цепи) спомощью детектора огибающей. В своей простейшей форме детектор огибающей естьдиод с последующей параллельной RC — цепочкой (рисунок 6.1). Выход цепи ПЧ,обычно синусоида, подается на детектор. Постоянная времени детектора такая, чтонапряжение на емкости равно огибающей сигнала ПЧ, то есть детектор успеваетследовать за самыми быстрыми изменениями огибающей сигнала ПЧ.
/>
Рисунок 6.1 — Детектор огибающей сигнала ПЧ
За детекторомогибающей следует видеофильтр, который определяет полосу видеосигнала.Видеофильтр является фильтром низкой частоты первого порядка и используется дляочистки видеосигнала от шумов. Функциональная схема, поясняющая процессдиодного детектирования, представлена на рисунке 6.2
/>
Рисунок 6.2 — Диодное детектирование сигнала ПЧ

Многие из ИКШимеют минимально пиковый (отбирает из выборок единственную выборку сминимальным значением), максимально пиковый (показывает максимальное значениесигнала), автоматический пиковый детекторы (обеспечивает одновременнуюиндикацию максимального и минимального значений) и детектор выборки. Этидетекторы могут быть реализованы при использовании аналоговых схем, какпоказано на рисунке 6.2. На этом рисунке сигнал оцифровывается на выходедетектора.
При цифровомдетектировании сигнал промежуточной частоты, пройдя через цепи нормализации, сразуподвергается аналого-цифровому преобразованию. Достоинством цифровогодетектирования является высокая линейность в большом динамическом диапазоне. Функциональнаясхема, поясняющая процесс цифрового детектирования, представлена на рисунке 6.3
/>
Рисунок 6.3 — Цифровое детектирование сигнала ПЧ/>

7. Реализация блока цифровой обработки сигнала
7.1 Структурная схема с выбором элементной базы
По техническомузаданию требуется оцифровать сигнал третьей промежуточной частоты блока РПТ– 04/>МГц соследующими характеристиками: динамический диапазон – 70 дБ, полоса пропусканиятракта ПЧ – 3 МГц.
Структурнаясхема типичной системы ЦОС представлена на рисунке 7.1. Обычно, прежде чемподвергнуться реальному аналого-цифровому преобразованию, аналоговый сигналпроходит через цепи нормализации, которые выполняют такие функции, какусиление, аттенюация (ослабление) и фильтрация. Для подавления нежелательныхсигналов вне полосы пропускания и предотвращения наложения спектров необходимФНЧ или ПФ.
/>
Рисунок 7.1 — Структурная схема блока ЦОС ПЧ
Аналого-цифровойпреобразователь (АЦП) — это устройство, которое осуществляет преобразованиеаналогового сигнала в цифровую форму. При преобразовании (или так называемомпроцессе дискретизации) происходит замер амплитуды сигнала, и его величиназаписывается в числовой двоичной форме. Величина аналогового сигнала может бытьизмерена с определенной точностью, которая определяется числом разрядов АЦП.
АЦПпроизводит выборку с постоянной частотой (частотой дискретизации), котораязадается внешним опорным генератором. Использование отдельного опорногогенератора для АЦП является предпочтительным, поскольку сигнал внутреннегогенератора может иметь высокий уровень шумов и привести к возникновению эффектадрожания апертуры в АЦП, увеличивающего уровень шумов преобразования.
В связи сбыстрым развитием технологии смешанной аналогово-цифровой обработки сигналов,АЦП и ЦАП оснащаются цепями нормализации, а также буферами памяти, специальнопредназначенными для связи с ПЛИС, и тем самым минимизируют или устраняютнеобходимость внешней поддержки интерфейса или применения интерфейсной логики.
7.1.1 Выбор АЦП и ЦАП
Общие сведения
Современнаятенденция развития АЦП и ЦАП состоит в увеличении скоростей разрешающихспособностей обработки сигналов при уменьшении уровня потребляемой мощности инапряжения питания. Более низкие напряжения питания подразумевают меньшиедиапазоны входных напряжений и, следовательно, большую чувствительность кразного вида помехам: шумам от источников питания, некачественным опорным ицифровым сигналам, электромагнитным воздействиям и радиопомехам (EMI/RFI) и,возможно наиболее важный момент — к некачественным методам развязки, заземленияи размещения компонентов на печатной плате.
Несмотря наэти проблемы, в настоящее время доступны АЦП и ЦАП, которые обладаютчрезвычайно высокими разрешающими способностями при низких напряжениях питанияи малой потребляемой мощности.
В реальныхпроцессах аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования есть дваключевых этапа: дискретизация по времени и квантование по амплитуде, которыеопределяют разрешающую способность данных операций. Концепции дискретизации повремени и квантования по амплитуде аналогового сигнала иллюстрируются на рис.7.2.
/>
Рисунок 7.2 — Дискретизации по времени и квантование по уровню аналогового сигнала
Выборканепрерывных аналоговых данных должна осуществляться через интервалдискретизации />, который необходим тщательновыбирать для точного представления первоначального аналогового сигнала. Ясно,что чем больше число отсчетов (более высокие частоты дискретизации), тем болееточным будет представление сигнала в цифровом виде, тогда как в случае малогочисла отсчетов (низкие частоты дискретизации) может быть достигнуто критическоезначение частоты дискретизации, при котором теряется информация о сигнале. Этоследует из известного критерия Найквиста, который требует, чтобы частотадискретизации была, по крайней мере, вдвое больше полосы сигнала, в противномслучае информация о сигнале будет потеряна. Если частота дискретизации меньшеудвоенной полосы аналогового сигнала, возникает эффект, известный как наложениеспектров. Частотная зона Найквиста определяется как полоса спектра от 0 до />. Частотныйспектр разделен на бесконечное число зон Найквиста, каждая по />.
Для пониманиясмысла наложения спектров сначала рассмотрим случай выборки с частотой /> одночастотногосигнала синусоидальной формы частоты />, осуществленной идеальнымимпульсным дискретизатором (рисунок 7.3).

/>
Рисунок 7.3 — Пример частного спектра в случаи, когда /> находится в первой зоне Найквиста
В частотномспектре на выходе дискретизатора видны гармоники исходного сигнала,повторяющиеся с частотой />, то есть на частотах, равных
/>,
где /> 
Такимобразом, необходимо перед АЦП осуществить фильтрацию, подавляющую компонент,частоты которых находятся вне полосы Найквиста и после дискретизации попадают вее пределы. Рабочая характеристика фильтра будет зависеть от того, как близкочастота внеполосного сигнала отстоит от /> и от величины требуемогоподавления.
Теперьрассмотрим случай, когда частота сигнала выходит за пределы первой зоны Найквиста(рисунок 7.4). Частота дискретизации /> лишь немного больше частотыаналогового входного сигнала />, что не удовлетворяет критериюНайквиста. Следует обратить внимание на то, что даже при том, что сигналнаходится вне первой зоны Найквиста, его составляющая /> попадает внутрь зоны.

/>
Рисунок 7.4 — Пример частного спектра в случаи, когда /> лежит за пределами первой зоныНайквиста
 
Искажение ишум в реальных АЦП
Дискретизациясигнала в АЦП (с интегрированным устройством выборки-хранения (УВХ)),независимо от архитектуры, проходит при наличии шумов и искажений сигнала.Широкополосному аналоговому входному буферу присущи широкополосный шум,нелинейность, конечная ширина полосы. УВХ вносит дальнейшую нелинейность,ограничение полосы и дрожание апертуры. Квантующая часть АЦП вносит шумквантования, интегральную и дифференциальную нелинейности.
Одним изважнейших для понимания положений при определении нелинейности АЦП и ЦАПявляется то, что передаточная функция преобразователя данных имеет особенности,которые отсутствуют в обычных линейных устройствах типа операционных усилителей(ОУ) или усилительных блоков. Полная интегральная нелинейность АЦП обусловленаинтегральной нелинейностью входного буфера, УВХ и полной интегральнойнелинейностью передаточной функции АЦП. Но дифференциальная нелинейность,которая присутствует исключительно вследствие цифрового кодирования, можетзначительно изменяться в зависимости от принципов применяемого цифровогокодирования АЦП. Полная интегральная нелинейность дает составляющие искажений,у которых амплитуда изменяется в функции амплитуды входного сигнала.
Основные технические особенности АЦП
·       Показательсигнал/шум/искажения (SINAD или S/N+D) — отношение среднеквадратичного значенияамплитуды сигнала к среднему значению корня из суммы квадратов всех другихспектральных компонентов, включая гармоники, но исключая постояннуюсоставляющую
·       Отношениесигнал/шум или отношение сигнал/шум без гармоник (SNR) — отношениесреднеквадратичного значения амплитуды сигнала к среднему значению корня изсуммы квадратов всех других спектральных компонент, исключая первые пятьгармоник и постоянную составляющую
Показательсигнал/шум/искажения (SINAD) и показатель сигнал/шум (SNR) заслуживают особоговнимания, потому что все еще имеются некоторые разногласия междупроизводителями АЦП относительно их точного определения. SINAD является хорошиминдикатором общих динамических характеристик АЦП, таких как функция входнойчастоты, потому что включает все компоненты, которые создают шум (включаятепловой шум) и искажения. Он часто представляется в виде графика для различныхамплитуд входного сигнала. Показатель SNR будет ухудшаться на высоких частотах,но не так быстро как SINAD, так как из него исключены компоненты гармоник.
·       Динамическийдиапазон, свободный от гармоник (SFDR) — отношение среднеквадратичного значенияамплитуды сигнала к среднеквадратичному значению пикового побочногоспектрального состава.
Преобразователис высоким SFDR могут обрабатывать слабый сигнал, находящийся в рабочемдиапазоне, в присутствии сильных сигналов в соседних каналах. На графике SFDRстроится, как функция амплитуды сигнала и может быть выражен относительноамплитуды сигнала (дБс) или полной шкалы АЦП (dBFS), как показано на рисунке 7.5

/>
Рисунок 7.5 — Пример определения SFDR
В общемслучае SFDR существенно больше, чем значение отношения сигнал/шум N-разрядногоАЦП. Это объясняется тем, что есть существенное различие между измерениямиискажений и шума. Увеличение разрешающей способности АЦП может увеличиватьотношение сигнал/шум АЦП, но может улучшать или не улучшать его SFDR.
·       Эффективнаяразрядность (ENOB)
На практикеразрешение АЦП ограничено отношением
сигнал/шумвходного сигнала. При большой интенсивности шумов на входе АЦП различениесоседних уровней входного сигнала становится невозможным, то есть ухудшаетсяразрешение. При этом реально достижимое разрешение описывается эффективнойразрядностью (effective number of bits — ENOB), которая меньше, чем реальнаяразрядность АЦП и определяется следующим образом:
/>
·       Некоторыехарактеристики АЦП (SINAD, SNR, SFDR) могут быть улучшены путем использованияметодики подмешивания шумового сигнала (Dither). Она заключается в добавлении квходному аналоговому сигналу случайного шума (белый шум) небольшой амплитуды.Амплитуда шума, как правило, выбирается на уровне половины LSB (МЗР — младшийзначащий разряд). Эффект от такого добавления заключается в том, что состояниеМЗР случайным образом переходит между состояниями 0 и 1 при очень малом входномсигнале (без добавления шума МЗР был бы в состоянии 0 или 1 долговременно). Длясигнала с подмешанным шумом вместо простого округления сигнала до ближайшегоразряда происходит случайное округление вверх или вниз, причем среднее время, втечение которого сигнал округлен к тому или иному уровню зависит от того, насколькосигнал близок к этому уровню. Таким образом, оцифрованный сигнал содержитинформацию об амплитуде сигнала с разрешающей способностью лучше, чем МЗР, тоесть происходит увеличение эффективной разрядности АЦП (effective number ofbits), которая меньше, чем реальная разрядность АЦП.
Негативнойстороной методики является увеличение шума в выходном сигнале. Такой подходявляется более желательным, чем простое округление до ближайшего дискретногоуровня. В результате использования методики подмешивания псевдослучайногосигнала мы имеем более точное воспроизведение сигнала во времени. Малыеизменения сигнала могут быть восстановлены из псевдослучайных скачков МЗР путемфильтрации. Кроме того, если шум детерминирован (амплитуда добавляемого шуматочно известна в любой момент времени), то его можно вычесть из оцифрованногосигнала, предварительно увеличив его разрядность, тем самым почти полностьюизбавиться от добавленного шума.
Такимобразом, при выборе АЦП важно учесть такие характеристики как: разрядность, частотадискретизации, SINAD, SNR, SFDR, наличие управляемых логических входов (Dither,Randomizer, PGA — усилитель с программируемым коэффициентом усиления), а такжеобратить внимание на их цену и доступность.
AnalogDevices и Linear Technology — мировые лидеры в производстве интегральных схем(ИС) для преобразования сигналов. ИС AD9461 и LTC2208 — первые представителинового семейства быстродействующих 16-битных АЦП, обеспечивающие высокую максимальнуючастоту дискретизации 130 МГЦ, удобные в применении, имеющие высокиединамические характеристики и при этом весьма конкурентоспособную цену. Техническиепараметры выбранных 16-битных АЦП представлены в таблице 7.1.
Таблица 7.1 — Основные технические параметры выбранных АЦП
/>
Кроме того,АЦП снабжены дифференциальным низковольтным интерфейсом (LVDS), включающемтакже выход сигнала тактирования, что способствует упрощению схемотехники, атакже уменьшению влияния внешних помех на точность АЦП.
Из таблицы7.1 видно, что наилучшими характеристиками обладает аналого-цифровойпреобразователь LTC 2208 фирмы Linear Technology.
В сигнале,преобразованном из цифровой формы в аналоговую, также будет присутствовать шуми составляющие искажений. Искажения могут быть определены в терминах нелинейныхискажений, динамического диапазона, свободного от помех (SFDR),интермодуляционных искажений (IMD). Двухтональные интермодуляционные искаженияизмеряют, подавая два спектрально чистых синусоидальных сигнала с частотами f1и f2, обычно довольно близкими друг к другу. Амплитуда каждой компонентыустанавливается на 6 дБ ниже полной шкалы для того, чтобы АЦП не входил вограничение при совпадении сигналов по фазе. Значение интермодуляционныхискажений выражается в дБс относительно уровня любой из двух первоначальныхчастот, а не их суммы. Под нелинейными искажениям понимается отношение высшихгармоник к гармонике основной частоты, на которой восстановлен чистый(теоретически) синусоидальный сигнал. Эти искажения являются наиболее общейхарактеристикой искажений. Таким образом, при выборе ЦАП важно учесть такиехарактеристики как: SFDR, IMD (интермодуляционные искажения), NPSD(спектральная плотность мощности шума), рассеиваемая мощность, напряжениепитания, а также обратить внимание на их цену и доступность.
Техническиепараметры выбранных 16-битных ЦАП представлены в таблице 7.2.
Таблица 7.2 — Основные технические параметры выбранных ЦАП
/>
Из таблицы7.2 видно, что наилучшими характеристиками обладает цифро-аналоговыйпреобразователь AD 9726 фирмы Analog Devices.
7.1.2 Выбор ПЛИС
Программируемаялогическая интегральная схема (ПЛИС) — электронный компонент, используемый длясоздания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем,логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования.ПЛИС появились полтора десятилетия назад как альтернатива программируемымлогическим матрицам (ПЛМ). От последних ПЛИС отличаются как по архитектуре, таки по технологии изготовления.
ПЛМпредставляет собой матрицу многовходовых (несколько десятков входов) логическихэлементов, соединяемых перемычками в виде МОП-транзисторов с плавающимзатвором. CPLD (Сomplex Programmable Logic Device — сложные программируемыелогические устройства) содержат относительно крупные программируемые логическиеблоки — макроячейки, соединённые с внешними выводами и внутренними шинами иотличаются тем, что несколько ПЛМ собраны на одном кристалле и объединеныпрограммируемым полем связей.
ПЛИСпредставляет собой матрицу маловходовых логических элементов, триггеров,отрезков линий связи, соединяемых перемычками из полевых транзисторов. Судя поанглийскому названию — Field Programmable Gate Array (FPGA) — ПЛИСпрограммируются изменением уровня электрического поля (field) в затворах этихтранзисторов. Затворы всех “программирующих” полевых транзисторов подключены квыходам триггеров одного длинного сдвигового регистра, который заполняется припрограммировании ПЛИС. Некоторые из участков этого регистра могут такжевыполнять роль ячеек ПЗУ. Прошивка обычно хранится в ПЗУ, стоящем рядом с ПЛИСи после включения питания или по сигналу сброса она автоматическипереписывается в программирующий сдвиговый регистр ПЛИС. Этот процессназывается конфигурированием ПЛИС.
По сравнениюс CPLD, ПЛИС выигрывают:
·       внеограниченном количестве перепрограммирований;
·       влогической емкости, в том числе в удельной емкости вентилей;
·       вмалом энергопотреблении;
Как правило,ПЛИС имеют на два — три порядка большую емкость в числе эквивалентныхлогических вентилей, чем CPLD и также как статическое ОЗУ, почти не потребляютэнергии при отсутствии переключений. Кроме того, у ПЛИС на порядок вышенадежность (ниже интенсивность отказов), чем у CPLD.
Фирма Alteraпринадлежит к числу родоначальников ПЛИС и одним из самых крупных ихпроизводителей. При выборе ПЛИС важно учесть такие характеристики как: памятьслучайного доступа (RAM), максимальное количество входных/выходных контактов (Maximumuser I/O pins), а также обратить внимание на их цену и доступность.
В таблице 7.2представлено краткое описание основных технических особенностей ПЛИС серии EP2 выпускаемойфирмой Altera.
Таблица 7.2 — Основные технические параметры ПЛИС фирмы Altera
/>
Программистыприняли решение, что для реализации блока ЦОС ПЧ подойдет ПЛИС EP2C8.
7.1.3 Метод передачи цифровых данных (LVDS)
Передачацифровых данных как бы не требовала экстремально высокой производительности,тем не менее, должна требовать минимальной мощности потребления, обеспечиватьминимум внутренних шумов, быть относительно не чувствительной к внешним шумам ибыть естественно дешёвой.
LVDS (LowVoltage Differential Signaling) означает передачу цифровых данныхдифференциальными сигналами со скоростью до сотен и даже нескольких тысячмегабит в секунду. Это направление передачи данных использует очень малыеперепады дифференциального напряжения (до 350 мВ) на двух линиях печатнойплаты.
Дифференциальныйметод передачи используется в LVDS, поскольку обладает меньшейчувствительностью к общим помехам, чем простая однопроводная схема. Этот метод передачииспользует двухпроводную схему соединения с формированием перепадов инверсиейтока или напряжения в отличие от однопроводной простой схемы передачиинформации. Достоинством дифференциального метода является то, что шумы,наводящиеся на двухпроводной линии, симметричны и не нарушают дифференциальногосигнала, к которому чувствителен приёмник. Метод так же обладает меньшейчувствительностью к искажениям сигнала от внешних магнитных полей.
Посколькудифференциальные технологии, в том числе и LVDS, менее чувствительны к шумам,то в них возможно использование меньших перепадов напряжения. Это достоинствоявляется решающим, так как невозможно достичь высокой производительности иминимума потребляемой мощности одновременно без снижения перепадов напряженияна входе. Формирование малых перепадов напряжения на выходе передатчикадостижимо при более высоких скоростях. Токовый режим передатчика обеспечиваеточень низкий, всегда постоянный уровень потребления во всём диапазоне частот.Выбросы фронтов передатчика очень незначительны, поэтому ток потребления неувеличивается экспоненциально при увеличении скорости передачи. Упрощеннаясхема соединения LVDS
передатчика сприёмником через 100 Ом линию приведена на рисунке 7.6.
/>
Рисунок 7.6 — Упрощенная схема соединения LVDS передатчика с приёмником

LVDS выход,спроектированный фирмой National Semiconductor, содержит источник тока(номиналом 3.5 мА) нагруженный на дифференциальную пару линии передачи.Основной приёмник имеет высокий входной импеданс, поэтому основная частьвыходного тока передатчика протекает через 100 Ом резистор терминатора линии,создавая на нём падение напряжения до 350 мВ, приложенное к входу приёмника.При переключении выхода передатчика направление протекания тока черезтерминатор меняется на противоположное, обеспечивая достоверные логическиесостояния “0” или “1”.
Простота согласования
Посколькусреда распространения LVDS сигналов состоит из двухпроводной линии на печатнойплате с легко контролируемым дифференциальным импедансом, то такая линия должназаканчиваться терминатором с импедансом данной линии для завершения токовойпетли и подавления искажений коротких импульсов. При отсутствии согласования,сигналы отражаются от несогласованного конца линии и могут интерферировать сдругими сигналами. Правильное согласование так же подавляет нежелательныеэлектромагнитные наводки, обеспечивая оптимальное качество сигналов.
Дляпредотвращения отражений, LVDS требует применения терминатора в виде простогорезистора с расчётным значением сопротивления равным дифференциальномусопротивлению линии распространения. Наиболее часто используется 100 Ом среда итерминатор. Этот резистор заканчивает токовую петлю и предотвращает отражениясигналов, он располагается на конце линии передачи, по возможности наминимальном расстоянии от входа приёмника.
Энергосбережение
LVDSтехнология обеспечивает сбережение энергии по нескольким направлениям. Мощность,рассеиваемая нагрузкой (100 Ом терминатор), составляет менее 1.2 мВт. Длясравнения, RS-422 передатчик обеспечивает 3 В на нагрузке 100 Ом, чтосоставляет 90 мВт потребления — это в 75 раз больше чем LVDS. Микросхемы LVDSизготавливаются по КМОП технологии, благодаря чему имеют малое статическоепотребление. Помимо малой рассеиваемой мощности на нагрузке и статическогопотребляемого тока, LVDS имеет меньшее потребление и благодаря токовому режимуработы схемы передатчика. Эта схема сильно подавляет составляющие токапотребления, зависящие от частоты переключения передатчика. Зависимость токапотребления LVDS передатчика от частоты переключения практически постоянна вдиапазоне частот от 10МГц до 100 МГц.
7.2 Расчет линий передачи вход АЦП, выход ЦАП
Расчет линийпередачи производился в программе СВЧ — моделирования Microwave Office 2004. Схемаисследуемой цепи АЦП представлена на рисунках 7.7
/>
Рисунок 7.7 — Схема входной линии передачи АЦП
АЧХ входнойфильтрующей цепи АЦП приведена на рисунке 7.8

/>
Рисунок 7.8 — АЧХ входной фильтрующей цепи АЦП
В качествевыходной фильтрующей цепи ЦАП используется ФНЧ 100 МГц, расчет которого былпроведен в пункте 5.2
 

8. Расчетнадежности блока ЦОС ПЧ
Расчетнадежности проводится с целью определения вероятности безотказной работы блокаЦОС ПЧ и проверки её соответствия требованиям по надежности, заданным втехническом задании.
Расчетсреднего времени наработки на отказ блока ЦОС ПЧ проведен по схемеэлектрической принципиальной. В соответствии с требованиями техническогозадания наработка на отказ должна составлять не меньше 5000 часов.
Среднее времянаработки до первого отказа определяется следующим образом:
 
/>, (8.1)
где /> - интенсивность отказов системы, 1/ч;
Значенияэксплуатационной интенсивности отказов большинства групп ЭРИ рассчитываются поматематической модели, имеющей вид:
/>,(8.2)
где /> - количествоЭРИ одного типа;
/> - исходная(т.н. базовая) интенсивность отказов типа (группы) ЭРИ, приведенная к условиям:номинальная электрическая нагрузка при температуре окружающей среды toкр =25°С, 1/ч;
/> - коэффициентрежима, учитывающий изменение /> в зависимости от электрическойнагрузки и (или) температуры окружающей среды;
/> -коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной интенсивности отказов взависимости от различных факторов;
/> - числоучитываемых факторов.
Значенияэксплуатационной интенсивности отказов всей системы рассчитывается по формуле:
/>, (8.3)
где /> - количествоЭРИ различных типов;
/> - значениеэксплуатационной интенсивности отказов каждой группы ЭРИ, рассчитанное поформуле (8.3), 1/ч.
Коэффициенты /> для различныхгрупп элементов, а также базовые интенсивности отказов /> возьмём из [2] для ЭРАсоответствующей гр. 1.3 – 1.10 по ГОСТ РВ 20.39.304 — 98.
Результатырасчета надежности по формулам (8.2), (8.3) для групп ЭРИ приведены в таблице 8.1.
Таблица 8.1 — Интенсивности отказов групп ЭРИ, входящих в блок ЦОС ПЧНаименование группы Кол-во
/>, 1/ч
/>, 1/ч Резисторы 58 0,149 8,64 Конденсаторы 126 0,014 1,76 Катушки индуктивности 8 0,018 0,144 Диоды 3 0,075 0,23 Трансформаторы 3 0,01 0,03 Микросхемы цифровые 6 0,19 1,14 Микросхемы аналоговые 8 0,34 2,72 Разъемы 6 0,8 4,8 Соединения пайкой 700 0,05 35 Блок ЦОС ПЧ
/>

Тогда среднеевремя наработки до первого отказа по формуле (8.1) равно:
/>ч
Требования понадежности, заложенные в ТЗ, выполняются.

9. Обеспечение безопасности жизнедеятельности/>
9.1 Задачи безопасности жизнедеятельности
Разделбезопасности жизнедеятельности изучает вопросы безопасности труда, правовойохраны труда, инженерной психологии и организации труда, теоретические основыэлектробезопасности. Поскольку в процессе работы возможны несчастные случаи, атакже нарушение правил техники безопасности и производственных инструкцийобслуживающим персоналом, которые могут быть причиной травм и профессиональныхзаболеваний, то предусматриваются технические и организационные мероприятия, обеспечивающиебезопасный труд на производстве, Кроме того, правильная организация трудауменьшает действие вредных производственных факторов.
/>9.2 Анализ опасных ивредных производственных факторов, связанных с рабочим местом разработчика/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
9.2.1 Влияние опасных и вредных факторов на разработчика
Припроектировании блока цифровой обработки сигнала, который входит в составизмерителя коэффициента шума, основным видом работ является изучение литературы,ее анализ и выбор элементной базы. При проведении такого рода работ необходимоучитывать воздействие на разработчика опасных и вредных производственныхфакторов (ОВПФ), которые могут привести к травме или другому внезапному резкомуухудшению здоровья или снижению работоспособности.
Вредные иопасные факторы, с которыми сталкивается разработчик на рабочем месте, согласноГОСТ 12.0.003-74*. «ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.Классификация» подразделяются по природе воздействия на четыре группы:физические, химические, биологические и психофизиологические.
К физическимОВПФ относятся:
·       повышеннаязапыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;
·       повышеннаяили пониженная температура воздуха рабочей зоны;
·       повышенныйуровень шума на рабочем месте;
·       повышеннаяи пониженная влажность воздуха;
·       недостаточнаяосвещенность рабочего места;
·       повышенныйуровень электромагнитных полей;
·       повышенныйуровень статического электричества;
·       опасностьпоражения электрическим током;
·       повышенныйуровень электромагнитных излучений;
·       отсутствиеили недостаток естественного света;
·       недостаточнаяосвещенность рабочей зоны.
К химическимОВПФ относятся химические вещества, которые по характеру воздействия наорганизм человека являются раздражающими и проникают в организм человека черезорганы дыхания.
БиологическиеОВПФ в данном помещении отсутствуют.
Кпсихофизиологическим ОВПФ относятся:
·       нервно-эмоциональныеперегрузки;
·       умственноенапряжение.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>9.2.2 Производственнаясанитария
Рациональнаяорганизация рабочего места обеспечивает удобство при выполнении работ, экономиюсил и времени работающего, безопасность условий труда. При планированиипромышленных помещений необходимо соблюдать нормы полезной площади дляработающих и объем промышленного помещения. Объем помещения, где находитсярабочее место разработчика, составляет 56 м3, при этом его размеры: длина — 4м; ширина — 4 м; высота — 3.5 м.
Исходя изданных габаритов, площадь помещения равна 16 м2. В помещении оборудовано 2рабочих места, следовательно, на одного работника приходится 8 м2 площади и 28м3 объема, что удовлетворяет санитарным нормам, согласно которым объем наодного работающего должен превышать 20 м3, а площадь 6 м2.
Дляобеспечения безопасности жизнедеятельности работников в помещении следуетподдерживать требуемое качество воздуха. Для поддержания определенныхпараметров микроклимата используются отопление, вентиляция и кондиционирование,которые являются важнейшей частью инженерного сооружения.
Лабораторияявляется помещением 2 категории (выполняются легкие физические работы), поэтомудолжны соблюдаться следующие требования:
·       оптимальнаятемпература воздуха – 22°С (выбрана из допустимогодиапазона 20-24°С);
·       оптимальнаяотносительная влажность – 40-60 % (допускается не более 75 %);
·       скоростьдвижения воздуха не более 0.1м/с.
 
9.2.3 Требования к освещенности рабочего места. Расчет естественногои искусственного освещения
Согласносанитарно-гигиеническим требованиям рабочее место инженера должно освещатьсяестественным и искусственным освещением. Искусственное освещение применяетсяпри недостаточном естественном освещении. Для того чтобы узнать, достаточно лиестественного освещения необходимо произвести расчет.
Исходныеданные для расчета естественного освещения:
·       размерылаборатории (длина х ширина х высота) 4м х 4м х 3.5м;
·       площадьоконного проема />м2.
По нормамосвещенности СНИП 23-05-95 и отраслевым нормам, работа инженера-разработчикаотносится к четвертому разряду зрительной работы. Для этого разрядарекомендуется освещенность 200 лк.
Произведемрасчет естественного освещения. Требуемая площадь светового проема определяетсяпо формуле (9.1):
/>, (9.1)
где /> - площадь полапомещения, м2;
/> -нормированное значение коэффициента естественной освещенности (КЕО), %;
/> - коэффициентзапаса;
/> - световаяхарактеристика окон (6,5 – 29);
/> - коэффициент,учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями (1,0 – 1,7). Приотсутствии близко стоящих зданий />;
/> - коэффициент,учитывающий повышение КЕО за счет отраженного света от поверхности помещения (1,05– 1.7);
/> - общийкоэффициент светопропускания, определяемый из СНИП 11-4-79 (0,1 – 0,8);
Учитывая, чтодлина пола помещения равна 4 м, а ширина равна 4 м, находим площадь пола: />(м2)
Значениеостальных коэффициентов определяются из таблиц: />; />; />; />.
Коэффициент /> рассчитываетсяследующим образом:
/>, (9.2)

где /> - коэффициентпотерь в стекле;
/> - коэффициентпотерь в результате затемнения переплетами;
/> - коэффициентпотерь в результате загрязнения стекла;
/> - коэффициентпотерь в результате затемнения конструктивными элементами здания.
Такимобразом,
/>
Итак,требуемая площадь светового проема равна:
/>(м2)
Учитывая, чтов помещении площадь оконного проема составляет около 8 м2, применение одногобокового освещения недостаточно для данного помещения. Следовательно, впомещении необходимо использовать искусственное освещение.
Наиболееблагоприятным с гигиенической точки зрения для искусственного освещениясчитается использование газоразрядных люминесцентных ламп низкого давления,поскольку спектральный состав света излучаемого такими лампами наиболее близокк спектральному составу солнечного света.
Помещениеосвещается двумя светильниками типа УСП-35, в каждом светильнике две лампыЛБ-80. Произведем расчет искусственного освещения.
Номинальнаяосвещенность рабочего места определяется по формуле (9.3):

/>,  (9.3)
где /> - световойпоток от лампы, лк;
/> - коэффициентиспользования светильников;
/> - количествосветильников;
/> - индекспомещения;
/> - коэффициентзапаса, учитывающий запыленность и износ светильников;
/> - площадьпомещения, м2;
/> - коэффициентнеравномерности освещения.
Согласно СНИП23-05-95 для использования данного типа ламп:
/> (принормальной эксплуатации светильников);
/> (приоптимальном размещении светильников).
Коэффициент /> зависит оттипа светильника, коэффициентов отражения светового потока от стен, потолка ипола, которые в свою очередь зависят от геометрических размеров помещения,учитывающихся величиной I.
/>, (9.4)
где />м — длинапомещения;
/>м — ширинапомещения;
/>м — высотасветильников над рабочей поверхностью.
Такимобразом, индекс помещения равен:
/>

Используятаблицу 9.1, определим коэффициент использования светильников />.
Таблица 9.1 — Значения коэффициента использования светового потока в зависимости отпоказателя помещенияПоказатель помещения, I 0.5 1 2 3 Коэффициент использования светового потока, n 0.22 0.36 0.48 0.54
Световойпоток от лампы типа ЛБ-80 равняется 5220 лк. Тогда световой поток отсветильника равен 10440 лк.
Тогданоминальная освещенность рабочего места равна:
/>(лк)
Полученноезначение соответствует условиям нормальной работы (рекомендуемая освещенность200 лк).
 
9.2.4 Расчетвоздухообмена в помещении
Вентиляцияпредставляет собой организованный и регулированный воздухообмен, обеспечивающийудаление из помещения воздуха, загрязненного вредными газами, парами, пылью.
Приотсутствии загрязненного вредными веществами воздуха, вентиляция должнаобеспечить подачу наружного воздуха в количестве не менее 30 м³/час накаждого работающего. Такой обмен воздуха обеспечивается естественнойвентиляцией посредством форточек.
Выполнимрасчет воздухообмена необходимого для очистки воздуха от вредных паров сплавовПОС. Потребный воздухообмен в помещении определяется формулой 9.5:

/>,  (9.5)
где /> - массавредных веществ, выделяющихся в рабочее помещение в единицу времени, л/ч;
/> - предельнодопустимая концентрация (ПДК) вредных веществ по санитарным нормам, л/м3;
/> - концентрациявредных веществ в приточном воздухе, л/м3.
Количествоуглекислоты, выделяемое человеком при легком труде, равняется 23 л/ч, /> л/м3, /> л/м3.
Определимпотребный воздухообмен по формуле (6.5) при числе работающих равном двум:
/>(м3/ч)
Припроведения паяльных работ в воздух добавятся примеси паров сплавов ПОС. Объемудаляемого воздуха, при расчете местной вытяжной вентиляции принимается в зависимостиот характера вредных выделений, скорости и направления их движения и отконструкции местного отсоса:
/>, (9.6)
где /> - площадьоткрытого сечения вытяжного устройства;
/> - скоростьдвижения всасываемого воздуха в этом проеме.
Пусть />м2, тогда объемудаляемого воздуха в зависимости от скорости местных выделений при пайкисплавами ПОС (/>м/c) равен

/>м3/ч
Такимобразом, для очистки воздуха от вредных паров следует применять системувентиляции, которая обеспечивает требуемую подачу воздуха /> м3/ч.
9.3 Требования безопасности к разрабатываемому устройству
9.3.1 Меры безопасности при эксплуатации электроустановок
Безопасностьэксплуатации электрооборудования обеспечивается комплексом мер безопасности,применением электрозащитных средств и правильной организацией эксплуатациидействующих электроустановок.
Мерыбезопасности условно можно разделить на две группы:
·       Меры,обеспечивающие безопасность эксплуатации при нормальном состоянииэлектрооборудования;
·       Меры,обеспечивающие безопасность в аварийном режиме, — при появлении напряжения нанетоковедущих частях оборудования (корпусах, кожухах и др.).
Мерами,обеспечивающими безопасность при нормальном состоянии электрооборудования,являются недоступность и рабочая изоляция токоведущих частей, защитноеразделение сетей и малые напряжения. К дополнительным мерам, устраняющимопасность при появлении напряжения на нетоковедущих частях, относятся защитноезаземление, зануление, защитное отключение, выравнивание потенциалов и двойнаяизоляция.
9.3.2 Требования безопасности к низковольтным комплектнымустройствам
Приведемтребования безопасности к низковольтным комплектным устройствам (НКУ).Составными разделами, которых являются:
·       общиеположения;
·       требованияк заземлению;
·       требованияк монтажу проводов и шин.
Общиеположения
1. Шкалыизмерительных приборов должны находится на высоте от уровня пола при работесидя от 700 до 1400 мм;
2.Конструкция разрабатываемого прибора должна обеспечивать:
·       удобствои безопасность обслуживания;
·       удобствонаблюдения за работой устройств, входящих в прибор;
·       доступк контактным соединениям.
Требования кзаземлению
1.Электрическое сопротивление, измеренное между болтом для заземления и любой егометаллической частью, подлежащей заземлению, не должно превышать 0.1 Ом;
2. Защитноезаземление является простым, эффективным и широко распространенным способомзащиты человека от поражения электрическим током при прикосновении кметаллическим поверхностям, оказавшимся под напряжением. Сопротивлениезаземляющего устройства для установок напряжением до 1000 В должно быть неболее 4 Ом.
Требования кмонтажу проводов и шин
1. Проводадолжны прокладываться таким способом, чтобы обеспечить свободный доступ к ихзажимам, их прокладка может выполняться с лицевой или задней стороны панели иблоков;
2. Цепь питаниядолжна реализовываться изолированным проводом с сечением до 6 мм2 с медными илиалюминиевыми жилами.
9.4 Инструкция по технике безопасности
1. Перед темкак приступить к работе сотрудник должен пройти вводный инструктаж по техникебезопасности (проводит инженер по технике безопасности), инструктаж на рабочемместе (проводит заведующий лабораторией), а так же ознакомиться с настоящейинструкцией;
2. Переднепосредственной работой необходимо изучить технические характеристики и работуприборов, которые будут использованы.
3. Передвключением приборов необходимо проверить исправность сетевого шнура, убедиться,что устройство заземлено.
4. К работепо настройке СВЧ — устройств допускаются лица, имеющие техническое образованиеи признанные годными к работе в результате медицинского обследования и успешносдавшие вводный инструктаж;
5. Рабочееместо оборудовано устройствами, которые питаются напряжением 220 В 50 Гц, т.е.существует опасность поражения электрическим током, поэтому при работе следуетсоблюдать меры предосторожности;
6. При работес измерительными устройствами и СВЧ — установками следует применять следующиемеры безопасности:
·       передначалом работы убедиться в исправности защитного заземления;
·       провестивнешний осмотр приборов, и убедиться в том, что все токоведущие части закрыты инедоступны для случайного прикосновения;
·       вслучае обнаружения неисправности немедленно сообщить заведующему лабораторией;
7. Во времяработы запрещается:
·       включатьприборы и устройства без необходимости;
·       применятьнеисправные СВЧ — кабели и разъемы;
·       оставлятьбез присмотра включенные приборы;
·       работатьпри неисправном освещении.
8. Привозникновении неисправностей немедленно выключать неисправное устройство отсети питания;
9. При пораженииэлектрическим током необходимо оказать пострадавшему первую доврачебную помощь,отключив предварительно электроустановку ближайшим рубильником;
10. Всеслучаи нарушения техники безопасности необходимо фиксировать в специальномжурнале для последующего анализа и предупреждения повторения подобныхнарушений.

10. Технико-экономическое обоснование проекта/>
10.1 Обоснование целесообразности разработки проекта
В качествеаналога для дипломного проекта опытно-конструкторского направления могут бытьвыбраны: современные устройства, приборы, блоки, технико-эксплуатационныепоказатели которых соответствуют лучшим отечественным и зарубежным достижениями имеющие с разрабатываемым продуктом одну область применения и однофункциональное назначение (но различные принципы действия, схемные решения,элементные базы и т.д.).
В качествеаналога для сравнения с разрабатываемым устройством будем использоватьизмеритель коэффициента шума (ИКШ) Agilent N8973A. Для оценкиэксплуатационно-технического уровня (ЭТУ) разработанной системы по сравнению ссистемой аналогом воспользуемся балльно-индексным методом. Комплексныйпоказатель качества (показатель ЭТУ) рассчитывается следующим образом:
/>,  (10.1)
где Bi — коэффициент весомости i — го показателя (в долях единицы), устанавливаетсяэкспериментальным путём;
Хi — эточастный показатель качества, устанавливаемый экспертным путем по выбраннойшкале оценивания.
Для оценкипоказателей применим десятибалльную шкалу оценивания. Показатели качестваразрабатываемого продукта и аналога, их оценки и коэффициенты весомости сведеныв таблицу 10.1.

Таблица 10.1 — Сравнениеразрабатываемого продукта с аналогомПоказатели оценки
Коэф-т весомости
Вi
Разработанный
продукт Аналог Xi. Bi×Xi. Xi. Bi×Xi. Технические характеристики 0.5 8 4 7 3.5 Надежность 0.3 8 2.4 9 2.7 Доступность в России 0.2 9 1.8 6 1.6
Jэту = 8.2
Jэту = 7.8
Из таблицы10.1 видно, что разрабатываемый научно-технический продукт имеет более высокийпоказатель эксплуатационно-технического уровня по сравнению с продуктом — аналогом./>
10.2 Организация и планирование работы
Определимстоимостную оценку затрат, связанную непосредственно с проектированием(разработка технического задания, обзор литературы, разработка структурнойсхемы, составление принципиальных схем и т.п.).
Трудоемкостьработ определяется по сумме трудоемкости этапов и видов работ, оцениваемыхэкспериментальным путем в человеко-днях и носит вероятностный характер, так какзависит от множества трудно учитываемых факторов, поэтому применяются оценкиминимально возможной трудоемкости выполнения отдельных видов работ — tmin,максимально возможной — tmax. Ожидаемое значение трудоемкости — tожрассчитывается по формуле:
/>  (10.2)

Таблица 10.2- Перечень работ и оценка их трудоемкостиНомер и наименование работ Исполнитель Трудоёмкость, в днях
tmin
tmax
tож Подготовительный этап 1. Изучение принципов работы ИКШ Инженер 7 14 10 2. Поиск и изучение аналогов Инженер 5 10 7 3. Составление обзора аналогов Инженер 3 6 5 4. Выбор аналога Инженер 3 6 5 5. Составление технического задания Инженер 3 6 5 Основной этап 6. Выбор структурной схемы ИКШ Инженер 5 10 7 7. Выбор элементной базы Инженер 5 10 7 8. Разработка схемы электрической принципиальной блока Инженер 10 15 12 9. Разработка печатной платы Инженер 10 20 16 10. Сборка опытного образца Монтажник 7 10 10 11. Проведение экспериментов с опытным образцом Инженер 3 7 8 12. Калибровка опытного образца Метролог 2 4 15 13. Проверка технических характеристик Метролог 3 7 8 Заключительный этап 14.Оформление графического материала. Инженер 5 7 6 15. Проработка вопросов безопасности жизнедеятельности Инженер 2 4 15 16. Согласование, утверждение документации Инженер 1 3 10 Итого Инженер - - 113 Монтажник - - 10 Метролог - - 23
Учитываяданные таблицы 10.2, построим ленточный график (рисунок 10.1)

/>
Рисунок 10.1- Ленточный график
10.3 Расчет сметы затрат на разработку
/>10.3.1 Расчет затрат наматериалы
Затраты наматериалы можно разделить на затраты проектирования и затраты производстваопытного образца ИКШ. Результаты расчета затрат на материалы представлены втаблице 10.3.
Таблица 10.3- Расчет затрат на материалыЗатраты на разработку блока ЦОС ПЧ Наименование Итого, руб. Требуемая элементная база
Итого (ЗМАТПР), руб 15400 Затраты на производство опытного образца Блок Синтезатора 9 ГГц – 13 ГГц 1 54700 54700 Блок гетеродина 8,4 ГГц 1 23300 23300 Блок гетеродина 1 ГГц 1 12500 12500 Блок РПТ 1 20100 20100 Блок ПСДУ 1 19400 19400 Блок УЧ4-8 1 18100 18100 Блок УЧ8-16 1 23000 23000 Генератор шума 0,01 – 18 ГГц 1 34500 34500
Итого (ЗМАТПОЛ = ЗМАТПР + ЗМАТОП), руб 221000  
10.3.2 Расчет затрат на заработную плату
Произведемрасчет месячного оклада участников проектирования. Смета затрат на разработкусостоит из прямых и накладных расходов. В данном случае смета затратрассчитывается по статьям калькуляции.
Затраты назаработную плату (Зполн) включают в себя основную, дополнительную заработныеплаты, а также отчисления от заработной платы во внебюджетные фонды
Зполн = (Зосн+ Здоп)×(1 + Нсс), (10.3)
где Нсс= 0,26- коэффициент, учитывающий отчисления во внебюджетные фонды для города Томска.
Месячнаязаработная плата работников определяется следующим образом:
Зосн = Зд1×Т1 + Зд2×Т2 + Зд3×Т3 + … (10.4)
где Зд1, Зд2и т.д. — дневная заработная плата исполнителей соответственно;
Т1, Т2 и т.д.- затраты труда исполнителей (взятые из таблицы 10.2);
Зд = Ом/22 — заработная плата за один день;
Ом — месячныйоклад работника.
Дневнаяставка, помноженная на число рабочих дней, даст заработную плату каждогоисполнителя за период разработки.
Дополнительнаязаработная плата (Здоп) определяется как 30 % (районный коэффициент для городаТомска) от основной заработной платы

Здоп = Зосн × 0.3 (10.5)
Таблица 10.4- Заработная плата исполнителейИсполнители Дневная ставка, руб.
Трудоёмкость,
Дней
Основная з/п,
руб. Дополнительная з/п, руб. Инженер 550 113 62150 18645 Монтажник 450 10 4500 1500 Метролог 500 23 11500 3450 Итого, руб. 78150 23600
Такимобразом, полная заработная плата с отчислениями во внебюджетные фонды равна:
Зполн =(78150 + 23600)×(1 + 0.26) = 128200 руб.
Единыйсоциальный налог (ЕСН) составляет 26% от (Зосн+Здоп)
ЕСН = 0.26×(Зосн + Здоп) = 0.26×101800 = 26460 руб. 
10.3.3 Расчет отчислений на амортизацию оборудования
При сборке инастройке ИКШ используется анализатор спектра Tektronix 494P, измерителькоэффициента передачи и отражений Р2М-04, мультиметр Mastech MAS-830, микроскопМБС-10 и ЭВМ.
По формуле(10.6) рассчитаны амортизационные отчисления на пользование этим оборудованием.Результаты расчета приведены в таблице 10.5.
/>, (10.6)
где /> - балансовая стоимость вычислительнойтехники;
/> - коэффициент годовойамортизации радиоизмерительных приборов техники (/>);
/> - время работы техники,час;
/> - эффективный фондвремени работы оборудования, час.
Балансоваястоимость вычислительной техники определяется по следующей формуле:
/>, (10.7)
где /> - исходная стоимость техники;
Т — количество лет от покупки.
Таблица 10.5- Амортизационные отчисленияНаименование оборудования
СИСХ, руб.
СБАЛ, руб.
КАМ
ТРАБ, час
ФЭФ, час
ЗАО, руб. Анализатор cпектра Tektorix 494p 213000 66420 0.11 60 800 550 Р2М-04 553000 492200 0.11 100 1000 5460 Микроскоп МБC-10 14500 13000 0.104 100 500 300 Mastech MAS-830 450 400 0.11 40 500 1 ЭВМ 24500 21440 0.125 2000 1000 5720
Итого (ЗАО), руб. 11500
 
10.3.4 Расчет накладных расходов
Накладныерасходы вычисляются как 20% от всех прямых расходов и равны
ЗНАК =(ЗМАТПОЛ + ЗПОЛН + ЕСН + ЗАО + ЗСТ) ×КНР=(221000+128200+26460+11500+12000) ×0,2 = 80000 руб.

Результатырасчетов, представленные в пунктах 10.3.1 — 10.3.4, сведены в таблицу 10.6.
Таблица 10.6- Расчет сметы затрат на разработкуСтатьи затрат Сумма затрат, руб.
1 Сырье и материалы (ЗМАТПОЛ) 221000
2 Основная и дополнительная з/п (ЗПОЛН) 128200 3 Единый социальный налог (ЕСН) 26460
4 Затраты на амортизацию оборудования (ЗАМ) 11500
5 Затраты на услуги сторонних организаций (ЗСТ) 12000
6 Накладные расходы (ЗНАК) 80000
Итого (ЗПР), руб. 480000
/>10.4 Калькуляциясебестоимости опытного образца
Рассчитаемзаработную плату инженера и монтажника за пять дней по формуле (10.3):
Зполн = (Зосн+ Здоп)×(1 + Нсс),
где Зосн — основная заработная плата инженера и монтажника;
Здоп = Зосн×0.3 — дополнительнаязаработная плата.
Таким образом,полная заработная плата равна
Зполн = (Зосн+ Здоп)×(1 + Нсс) = (5000 + 1500)×(1 + 0.26) = 8190 руб.
Калькуляциюсебестоимости опытного образца продукта оформим в таблицу 10.7.
Таблица 10.7- Себестоимость опытного образца продукции.Статьи затрат Сумма затрат, руб.
1 Сырье и материалы (ЗМАТОП) 221000
2 Основная и дополнительная з/п изготовителей (Зполн) 8190 3 Единый социальный налог (ЕСН) 1700
4 Накладные расходы (ЗНАК) 41500
Итого (СОБ), руб. 273000
 
10.5 Смета затрат на эксплуатацию продукта
Расчетгодовых эксплуатационных затрат складывается из оплаты потребляемой устройствомэлектроэнергии, амортизационных отчислений и затрат на текущий ремонт:
ЗЭКС = ЗЭЛ +ЗАМ + ЗРЕМ, (10.8)
где /> - затраты на потребляемую электроэнергию;
/>кВт — установленнаямощность (кВт);
/>часов — время работыоборудования (час);
/>руб. — тариф наэлектричество;
/> - затраты на амортизациюразработанного продукта;
/> - затраты на текущийремонт разработанного продукта;
/> - балансовая стоимостьвычислительной техники;
/> - норма отчислений натекущий ремонт
Затраты наамортизацию разработанного продукта определяются по формулам (10.6) и (10.7):
/>руб.
/> руб.

Такимобразом, затраты на потребляемую электроэнергию и текущий ремонт равны:
/>руб.
/>руб.
Смету затратна эксплуатацию устройства оформим в таблицу 10.8.
Таблица 10.8- Смета затрат на эксплуатацию устройства (стоимость аналога 1 млн. руб.)Статьи затрат Разработанное устройство, руб. Аналог, руб
1 Затраты на электроэнергию (ЗЭЛ) 30 30
2 Амортизационные отчисления (ЗАМ) 35280 128800
3 Затраты на текущий ремонт (ЗРЕМ): 122 448
Итого (ЗЭКС), руб. 35500 130000
 
10.6 Оценка эффективности разработки проекта
Фактическийкоэффициент экономической эффективности разработки определим, используяследующее соотношение:
/>, (10.9)
где /> - годовой экономический эффект;
/> - единовременныекапитальные затраты на разработку устройства.
Расчетгодового экономического эффекта, полученного в результате меньшей стоимостиразрабатываемого проекта по сравнению со стоимостью аналога (если это имеетместо) или от улучшения технических параметров.
Дляопределения годового экономического эффекта воспользуемся следующей формулой:
/>, (10.10)
где /> и /> - стоимость(себестоимость) базового и разрабатываемого продукта соответственно;
/> - коэффициент учета изменениятехнико-эксплуатационных параметров разрабатываемого продукта по сравнению саналогом;
/> - коэффициент,учитывающий изменения срока службы разрабатываемого продукта по сравнению саналогом;
/> и /> - годовые эксплуатационные издержкипотребителя при использовании базового и разрабатываемого продуктасоответственно;
/> - доля отчисления отстоимости на полное восстановление (реновацию) разрабатываемого продукта.Рассчитывается как величина, равная половине от общей нормы амортизации (вдолях единиц);
/> - нормативныйкоэффициент экономической эффективности капитальных вложений. Его размерустановлен на уровне />;
/> и /> - отсутствующие капиталовложения(дополнительные) потребителя при использовании базового и разрабатываемогопродуктов;
/> - годовой объем выпускаразрабатываемого продукта, в натуральных единицах.
Стоимостьизмерителя коэффициента шума Agilent N8973A
37 000$ илипо курсу ЦБ на 1.12.06 — 1 000 000 руб.
Годовойэкономический эффект составляет:

/>руб
По формуле (10.11) рассчитаем срок окупаемости затрат:
/> (10.11)
/>
Таким образом, фактический коэффициент экономическойэффективности разработки равен:
/>
Нормативное значение коэффициента эффективности капитальныхзначений />.Так как />,то разработка устройства считается очень эффективной.

/>Заключение
В результатепроектирования проведен анализ методов измерения КШ, анализ принциповпостроения современных ИКШ, была предложена функциональная схема измерителякоэффициента шума, применение которой, с учетом выбранной элементной базы,позволит достичь технических характеристики наилучших современных аналогов.Кроме того, выработана схема электрическая принципиальная блока цифровойобработки сигнала, входящего в ИКШ.
Сэкономической точки зрения, получаем востребованный на рынке продукт, неимеющий российских аналогов, стоимость которого в несколько раз меньшезарубежных аналогов.

/>Список использованныхисточников
[1] К.И. Алмазов — Долженко, “Коэффициент шума и его измерение на СВЧ”, “Научный мир” 2000г.
[2] Афонасова, М. А.Руководство по дипломному проектированию: учебно-методическое пособие / М. А.Афонасова, В. В. Мотошкин, Э. Ф. Сербин, Т. А. Ципилева. – Томск: ТМЦДО, 2000.– 206 с.
[3] Прытков, С.Ф.Надежность электроизделий: учебно-методическое пособие / С.Ф. Прытков, В. М.Горбачева. – М.: ЦНИИИ МО, 2002. – 540 с.
[4] Смирнов, Г.В.Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие для дипломников техническихспециальностей ТУСУРа / Г. В. Смирнов, Л. И. Кодолова. – Томск: каф. РЭТЭМ,2004. – 78 с.
[5] Федоренко В.А.Справочник по машиностроительному черчению / В. А. Федоренко, А.И. Шошин. – Л.:Машиностроение, 1982. -416 с.
[6] Gilmore, R. PracticalRF circuit design for modern wireless systems / R. Gilmore, L. Besser. – ArtechHouse, 2003. – 208 с.
[7] Maas, S. Microwavemixers / S. Maas. – Artech House, 2003. – 128 с.
[8] Motchenbacher, C.Low-noise electronic system design / C. D. Motchenbacher, J.A. Connely. –Wiley-interscience, 1993. – 422 с.

Заключение
Цель данногопроекта — разработка блока цифровой обработки сигнала ПЧ (ЦОС ПЧ), улучшениетехнических характеристик ИКШ (собственный коэффициент шума измерителя – неболее 8 дБ, полоса пропускания фильтров ПЧ по уровню -3 дБ: 3 (дополнительно0.3)) за счет выбора новой элементной базы.
Областьприменения — ИКШ предназначен для измерения коэффициента шума и коэффициентапередачи приемно-усилительных устройств в частотном диапазоне от 10 МГц до 4 ГГц;блок ЦОС ПЧ предназначен для оцифровки, фильтрации и детектирования сигнала ПЧ.
Введение
Шумыпредставляют собой важную проблему в науке и технике, поскольку они определяютнижние пределы, как в отношении точности любых измерений, так и в отношениивеличины сигналов, которые могут быть обработаны средствами электроники.
Отношениесигнал-шум (с/ш) радиоприемных систем — это очень важный критерий в системахэлектросвязи. Современные приемные устройства радиолокационных станций,аппаратуры связи, навигации должны обнаруживать и обрабатывать слабыерадиосигналы. К факторам, которые ограничивают их чувствительность, относятсясобственные шумы приемно-усилительных устройств. Для характеристики уровнясобственных шумов приемных устройств и отдельных узлов и блоков применяютсяпараметры: коэффициент шума (КШ) и температура шума входа устройства.
Высокоеотношение сигнал шум на выходе приемника означает высокое качество связианалоговых систем, низкую вероятность ошибки цифровых систем. Достижение этиххарактеристик путем увеличения мощности передатчика или коэффициента усиленияантенны (то есть размеров антенны) не всегда возможно из-за технических иэкономических ограничений, поэтому уменьшение генерации шума приемнымиустройствами часто является единственным путем увеличения помехозащищенностисистем связи.
Коэффициентшума приемного устройства или любого линейного четырехполюсника определяетсясоотношением (тык). Как следует из (тык), коэффициент шума показывает, восколько раз отношение сигнала к шуму на выходе четырехполюсника уменьшается посравнению с аналогичным отношением на его входе. Коэффициент передачи реальныхчетырехполюсников имеет частотную зависимость, поэтому и коэффициент шума вобщем случае также зависит от частоты и полосы частот, в которой производятсяизмерения.
Методыизмерения коэффициента шума
Измерениекоэффициента шума сводится к измерению соотношения мощностей шумовых сигналовна выходе исследуемого устройства при определенным образом изменяемом уровнемощности шумового сигнала на его входе.
Наиболеепростым и распространенным в повседневной практике методом измерениякоэффициента шума приемно-усилительных устройств (ПУУ) является метод двухотсчетов. Метод состоит в поочередной подаче на вход измеряемого устройствашумовых сигналов с известными значениями температуры шума Т1 и Т2 (Т1
Измерениекоэффициента шума приемно-усилительных устройств
Измерениевыполняется в два этапа: вначале проводится калибровка измерительного тракта сподключением генератора шума к входу измерителя (тык), при которой измеряетсясобственный коэффициент шума измерителя во всем частотном диапазоне при двухразличных температурах источника шума (включенное и выключенное состояние ГШ).Далее присоединяется исследуемое устройство между выходом ГШ и входомизмерителя и проводится измерение его характеристик (тык).
Структурнаясхема, описание работы
При выборесхемы построения ИКШ я опирался на результаты обзора современных измерителейкоэффициента шума и технические требования, предъявляемые в задании напроектирование (диапазон рабочих частот, полоса пропускания фильтров ПЧ поуровню -3 дБ). Выбор аналогов осуществлялся по следующим критериям:
ИКШ долженотвечать современным требованиям и отображать главные принципы построениясовременных приборов;
ИКШ должениметь перспективную конструкцию.
По этимкритериям были отобраны измерители коэффициента шума фирмы AgilentTechnologies. Таким образом, структурная схема ИКШ будет выглядеть так, какпоказано на (тык). ИКШ состоит из следующих основных блоков: преобразовательчастоты; блок синтезаторов частот; ЦОС ПЧ (блок цифровой обработки сигнала ПЧ);блок управления;
модулятор ГШ.
Преобразовательчастотосуществляет перенос спектра шумового сигнала из входного диапазона 0,01…4 ГГцна промежуточную частоту, в блоке производится необходимое усиление ифильтрация сигнала. В качестве сигналов гетеродинов используются сигналы изблока синтезаторов частот. В блоке цифровой обработки (ЦОС ПЧ) сигналоцифровывается, фильтруется и детектируется. Блок управленияпредназначен для управления работой блоков ЦОС ПЧ, синтезаторов частот,модулятора ГШ и обмена данных с ЭВМ. ЭВМ обеспечивает панорамное отображениерезультатов измерений и выполняет ряд вычислительных функций. Модулятор ГШиспользуется для управления полупроводниковым генератором шума, а также дляобеспечения питания ГШ стабилизированным напряжением.
Дляпреобразователя частоты выбрана супергетеродинная схема с тройнымпреобразованием частоты, аналогичная примененной в преобразователе частот ИКШфирмы Agilent. При первом преобразовании частоты используется высокаяпромежуточная частота (Fпч1 = 9470 МГц), что позволяет подавитьчастоты зеркального канала (Fзерк = 18,95 ГГц — 26,94 ГГц) ФНЧ сфиксированной настройкой. При втором преобразовании частоты, сигнал переноситсяна более низкую промежуточную частоту (Fпч2 = 1070 МГц). Частотазеркального канала (Fзерк2 = 7,33 ГГц) подавляется полосовымфильтром первой промежуточной. При третьем преобразовании частоты, сигнал переносится на третьюпромежуточную частоту (Fпч3 = 70 МГц). Частота зеркального канала (Fзерк3=930 МГц) подавляется полосовым фильтром второй промежуточной частоты
Принципработы ИКШ
Шумовойсигнал из диапазона входных частот 10 — 4000 МГц поступает на входнойуправляемый аттенюатор. Входной аттенюатор предназначен для регулированияуровня мощности входного сигнала. Ослабление аттенюатора регулируется в диапазоне0 дБ — 60 дБ с шагом 20 дБ. Усиленный малошумящим усилителем сигнал переноситсявверх на частоту />МГц. С помощью входного ФНЧосуществляется подавление частот выше 5 ГГц, которые могут ввести усилителипреобразователя в насыщение. На частоте /> сигнал усиливается и его спектрпереносится вниз на частоту />МГц. Полосно-пропускающий фильтр,расположенный перед вторым смесителем подавляет паразитные каналы второгопреобразования. Третий смеситель осуществляет частотное преобразование натретью промежуточную частоту />МГц. На частоте /> сигнал усиливается,проходит через набор переключаемых полосно-пропускающих фильтров, определяющихполосу измерения, и поступает в блок цифровой обработки, где оцифровывается,фильтруется и детектируется. На выходе АЦП получается двоичное представление аналоговогосигнала, которое затем обрабатывается арифметически цифровым сигнальнымпроцессором (DSP) и результаты измерений отображаются на ЭВМ.
Результирующийкоэффициент шума преобразователя частоты определяет собственный коэффициентшума ИКШ и не должен превышать требуемый в задании. По техническому заданиютребуется обеспечить собственный коэффициент шума измерителя — не более 8 дБ.Выбор элементной базы блока РПТ-04 начнем с активных элементов.
К техническимхарактеристикам первого смесителя предъявляются особенно жесткие требования,так как: первые каскады цепи очень сильно влияют на коэффициент шума всей цепив целом, следовательно, нужно подобрать смеситель с минимально возможнымивносимыми потерями и минимально возможным значением коэффициента шума. Что же касается второго итретьего смесителя, то к ним предъявляются менее жесткие требования. При выборевторого и третьего смесителей важно учесть вносимые потери, а также обратитьвнимание на их цену и доступность.
К техническимхарактеристикам усилителей предъявляются следующие требования:
·       возможностьработы в данном диапазоне частот;
·  как можно меньшийкоэффициент шума;
·  достаточный коэффициентусиления;
·  доступность и низкаяцена.
К техническимхарактеристикам пассивных элементов схемы (фильтрам, аттенюаторам,переключателям) относится вносимое затухание, чем оно меньше, тем меньшезначение коэффициента шума всего тракта.
Потехническому заданию требуется обеспечить следующие значения полосы пропусканияфильтров ПЧ по уровню -3 дБ: 3 МГц (дополнительно 0.3 МГц). Для обеспечениядвух полос измерения требуются два ППФ настроенных на одну частоту, но имеющихразличные полосы пропускания. В качестве таких фильтров были выбраны ППФ наповерхностных акустических волнах (ПАВ) фирмы SAWTEK, они обладают компактнымиразмерами и выпускаются большим количеством производителей с различнымихарактеристиками. Многие производители выпускают серии ПАВ фильтров на 70 МГц и140 МГц. Фильтры этих серий отличаются только полосами пропускания, поэтомузначение третьей промежуточной частоты принято равным 70 МГц.
Результатырасчетов собственного коэффициента шума и коэффициента усиления всегорадиоприемного тракта в программе СВЧ — моделирования Microwave Office 2004представлены на плакате (тык). Как видно из графика требование по собственному коэффициенту шумаизмерителя — не более 8 дБ, заложенное в ТЗ, выполняется.
Структурнаясхема блока ЦОС представлена. Обычно, прежде чем подвергнуться реальномуаналого-цифровому преобразованию, аналоговый сигнал проходит через цепи нормализации,которые выполняют такие функции, как усиление, аттенюация (ослабление) ифильтрация. Для подавления нежелательных сигналов вне полосы пропусканиянеобходим ФНЧ или ПФ. Аналого-цифровойпреобразователь (АЦП) — это устройство, которое осуществляет преобразованиеаналогового сигнала в цифровую форму. При преобразовании (или так называемомпроцессе дискретизации) происходит замер амплитуды сигнала, и его величиназаписывается в числовой двоичной форме. АЦП производит выборку с постояннойчастотой (частотой дискретизации), которая задается внешним опорнымгенератором. Использование отдельного опорного генератора для АЦП являетсяпредпочтительным, поскольку сигнал внутреннего генератора может иметь высокийуровень шумов и привести к возникновению эффекта дрожания апертуры в АЦП,увеличивающего уровень шумов преобразования. В связи с быстрым развитиемтехнологии смешанной аналогово-цифровой обработки сигналов, АЦП и ЦАПоснащаются цепями нормализации, а также буферами памяти, специальнопредназначенными для связи с ПЛИС.
При выбореАЦП важно учесть такие характеристики как: разрядность, частота дискретизации,SINAD, SNR, SFDR, наличие управляемых логических входов (Dither, Randomizer,PGA — усилитель с программируемым коэффициентом усиления), а также обратитьвнимание на их цену и доступность. Analog Devices и Linear Technology — мировыелидеры в производстве интегральных схем (ИС) для преобразования сигналов. ИСAD9461 и LTC2208 — первые представители нового семейства быстродействующих16-битных АЦП, обеспечивающие высокую максимальную частоту дискретизации 130МГЦ, удобные в применении, имеющие высокие динамические характеристики и приэтом весьма конкурентоспособную цену.
LVDS (LowVoltage Differential Signaling) означает передачу цифровых данных дифференциальнымисигналами. Это направление передачи данных использует очень малые перепадыдифференциального напряжения (до 350 мВ) на двух линиях печатной платы.Дифференциальный метод передачи используется в LVDS, поскольку обладает меньшейчувствительностью к общим помехам, чем простая однопроводная схема.Достоинством дифференциального метода является то, что шумы, наводящиеся надвухпроводной линии, симметричны и не нарушают дифференциального сигнала
Вэкономической части дипломного проекта произведен расчет сметы затрат наразработку. В качестве аналога для сравнения с разрабатываемым устройствомиспользовался измеритель коэффициента шума (ИКШ) Agilent N8973A.
Дополнительно:
На практикеразрешение АЦП ограничено отношением сигнал/шум входного сигнала. При большойинтенсивности шумов на входе АЦП различение соседних уровней входного сигналастановится невозможным, то есть ухудшается разрешение. При этом реальнодостижимое разрешение описывается эффективной разрядностью (effective number ofbits — ENOB), которая меньше, чем реальная разрядность АЦП и определяетсяследующим образом:

/>
Динамическийдиапазон, свободный от гармоник (SFDR) — отношение среднеквадратичного значенияамплитуды сигнала к среднеквадратичному значению пикового побочногоспектрального состава.
Показательсигнал/шум/искажения (SINAD или S/N+D) — отношение среднеквадратичного значенияамплитуды сигнала к среднему значению корня из суммы квадратов всех другихспектральных компонентов, включая гармоники.
Отношениесигнал/шум или отношение сигнал/шум без гармоник (SNR) — отношениесреднеквадратичного значения амплитуды сигнала к среднему значению корня изсуммы квадратов всех других спектральных компонент, исключая первые пятьгармоник.