Широкополосные усилители. При расчете ШУ обычно задают номинальный коэффициент усиления К0 , верхнюю и нижнюю граничные частоты fв и fв при заданных коэффициентах частотных искажений Mн и Mв, стабильность коэффициента усиления в диапазоне изменения температур окружающей среды.

Предварительный расчет ШУ состоит в выборе типа УП, ориентировочном определении числа каскадов и приближенном распределении по каскадам частотных искажений так, чтобы суммарная их величина не превосходила заданную. Как правило, каскады предварительного усиления выполняют идентичными.

Обычно частотные искажения по каскадам распределяют равномерно. Иногда целесообразно распределить искажения неравномерно по каскадам, что позволяет ослабить требования к одному из них, чаще всего к оконечному.

Схему питания каскадов выбирают исходя из заданной стабильности и диапазона изменения температур. При ориентировании на интегральное исполнение ШУ стремятся исключить из схемы индуктивные элементы, конденсаторы и резисторы с большими номиналами.

Импульсные усилители. Основное внимание при проектировании ИУ обращается на сохранение формы усиливаемого сигнала. Специфическими искажениями являются искажения формы импульса, характеризующиеся временем нарастания фронта tф, выбросом и спадом вершины а. Расчет ИУ проводят, как правило, во временной области методом переходных характеристик, но может быть использован и частотный метод.

При проектировании ИУ частотным методом используют известные соотношения, связывающие tф и а с граничными частотами fв и fн. Практически указанные соотношения справедливы как для некорректированных, так и для корректированных каскадов. Это позволяет проектировать. ИУ как ШУ с заданными граничными частотами.

Частотно-избирательные (селективные) усилители. Отличительной особенностью проектирования этого класса устройств является то, что технические требования задают не только на параметры в полосе пропускания (fн, fв, Mн и Mв), но и на параметры в полосе заграждения (fз и Мз).

Проектирование таких усилителей связано с отысканием аппроксимирующей функции, которая с необходимой точностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к частотной характеристике ЧИУ. На основе выбранной аппроксимирующей функции производят схемотехнический синтез ЧИУ путем использования усилителей с обратными связями различного типа, а также методов аналоговой вычислительной техники.

Усилители сигналов большой интенсивности (усилители мощности). В рассматриваемых усилителях вследствие высокого уровня сигналов используют транзисторы повышенной мощности, потребляющие от источника питания большую энергию. Поэтому большое значение приобретает высокая экономичность, т. е. лучшее использование транзистора по напряжению и току, что связано с возрастанием нелинейных искажений. В частности, отмеченные противоречивые требования удается удовлетворить при построении усилителя по двухтактной схеме с использованием транзисторов в режиме класса В или АВ.

К особенностям расчета данных усилителей следует отнести: выбор схем, необходимость использования графических методов определения режима работы транзисторов, введение усредненных параметров, расчет нелинейных искажений и др.

Усилители высокой чувствительности. При проектировании усилителей высокой чувствительности с малым уровнем входного сигнала производят выбор усилительного прибора и схемы, расчет элементов схемы, обеспечивающих необходимые передаточные характеристики и стабильность работы. Однако на каждом из этих этапов необходимо учитывать такое специфическое требование, как обеспечение малого уровня внутренних шумов.

Аналоговые устройства на базе усилителей. Проектирование устройств аналоговой обработки сигнала базе усилителей предполагает использование ИМС операционных усилителей (ОУ) с внешними обратными связями. Поэтому одна из важнейших задач, которую решают при проектировании наряду с выбором ИМС, — это обеспечение точности воспроизведения заданной функции и устойчивости работы устройства. Основные погрешности, возникающие при моделировании функциональных зависимостей, связаны с неидеальностью ОУ. Поэтому при выборе типа ОУ необходимо исходить из заданных требований, согласовывая их с характеристиками ОУ. Более подробно это рассмотрено в следующем подразделе.

1.5 Особенности проектирования аналоговых устройств на интегральных схемах

Проектирование аналоговых устройств на интегральных схемах с точки зрения последовательности и содержания этапов проектирования не отличается от проектирования аналоговых устройств на дискретных элементах, однако, имеет ряд особенностей.

1.Отсутствие у разработчика сведений о структуре, параметрах и режимах работы интегральных усилителей.

Сведения, приводимые в паспорте на микросхему, как правило, не отражают особенности ее работы в различных режимах. Поэтому разработчику радиотехнических устройств на интегральных схемах необходимо обязательно изучать ГОСТы, ТУ, РТМ и другую техническую документацию, выпускаемую на микросхемы.

2.Широкое использование обратных связей в аналоговых устройствах на интегральных схемах.

Обратная связь играет особую роль в реализации аналоговых устройств. Основу интегральных схем составляют операционные усилители, имеющие большую избыточность по основному параметру - коэффициенту усиления. Применение обратной связи позволяет за счет уменьшения коэффициента усиления увеличивает полосу пропускания, входное и выходное сопротивления, стабильность характеристик, а также улучшать другие параметры усиления. Применение нелинейных обратных связей дает возможность разработать устройства с требуемым видом амплитудной характеристики.

3.Другие критерии сопоставления проектных решений на этапе эскизного проектирования. Все варианты, выработанные на этапе эскизного проектирования, удовлетворяют любым электрическим параметрам, требуемым техническим заданием на АУ. Критерий их сравнения включает в себя дополнительно эксплуатационные и технические параметры. При проектировании транзисторных усилителей в качестве критерия обычно выступает требование минимизации количества транзисторов в схеме. При использовании интегральных микросхем - минимум операций настройки АУ. Это смещение критерия происходит потому, что при применении дешевых, надежных высококачественных интегральных АУ именно этими параметрами определяются общая стоимость, надежность, технологичность аналогового устройства.

1.6 Использование машинных методов проектирования

Автоматизированное проектирование является неотъемлемым этапом разработки современных радиоэлектронных устройств (РЭУ).

В настоящее время существует достаточно много пакетов прикладных программ, позволяющих осуществить, как полный цикл автоматизированного проектирования РЭУ, так и различные его этапы в раздельности.

Например, такие пакеты как PSpice, Micro-CAP, Electronics Workbench предназначены только для моделирования принципиальных схем. Системы типа PCAD, ACCEL EDA (PCAD для Windows) предназначены только для проектирования печатных плат.

За последнее время появились интегрированные САПР, позволяющие реализовать, так называемую сквозную систему проектирования электронных устройств, включающую в себя графический ввод схем, их моделирование, разработку печатных плат и выпуск технической документации для их изготовления. К ним относятся системы типа OrCAD, DesignLab, Dr. Spice 2000 A/D 8.2 (совместно с системой ACCEL EDA 13.0) и др.

Рассмотрим вкратце возможности некоторых версий перечисленных выше пакетов прикладных программ, которые могут быть использованы для автоматизированного проектирования устройств, разрабатываемых в данном курсовом проекте.

PSpice является пакетом схемотехнического моделирования аналоговых радиоэлектронных схем (РЭС), разработан фирмой Microsim. PSpice позволяет анализировать аналоговые РЭС с количеством узлов до 9999.

PSpice выполняет 8 видов анализа РЭС:

1) расширенный анализ на постоянном токе при развертке значений входного источника тока или напряжения (карта .DC);

2) вычисление рабочей (статической) точки (карта .ОР). Используя эту рабочую точку, можно проводить следующие виды анализа;

3) вычисление коэффициента передачи в режиме малого сигнала (карта .TF);

4) вычисление чувствительности на постоянном токе (карта .SENS);

5) вычисление полного и собственного шума (карта .NOISE);

6) вычисление частотной характеристики (карта .АС);

7) вычисление переходной характеристики (карта .TRAN);

8) используя переходную характеристику, вычисляет амплитуды гармоник с помощью Фурье преобразования (карта .FOUR).

Программный комплекс системы PCAD включает в себя взаимосвязанные пакеты программ и отдельные программы, образующие систему сквозного проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

Система PCAD позволяет выполнять следующие проектные операции:

·          создание условных графических обозначений элементов принципиальной электрической схемы (УГО) и их физических образов (конструктивов);

·          графический ввод чертежа принципиальной электрической схемы и конструктивов проектируемого устройства;

·          математическое моделирование цифровых электронных устройств, в том числе программируемых логических матриц;

·          одно- и двустороннее размещение разногабаритных элементов с планарными и многослойными контактными площадками на поле ПП с печатными и навесными (вырубными) шинами питания в интерактивном и автоматическом режимах;

·          ручную и автоматическую трассировку печатных проводников произвольной ширины в интерактивном режиме (число слоев 1...32);

·          размещение межслойных переходов;

·          автоматизированный контроль результатов проектирования ПП на соответствие принципиальной электрической схеме и конструкторско-технологическим ограничениям;

·          автоматическую коррекцию электрической принципиальной схемы по результатам размещения элементов на ПП (после эквивалентной перестановки компонентов или их выводов);

·          полуавтоматическую корректировку разработанной ПП по изменениям, внесенным в принципиальную электрическую схему;

·          выпуск конструкторской документации (чертеж принципиальной схемы, деталировочный и сборочный чертежи) и технологической информации (фотошаблоны и файлы данных для сверления отверстий с помощью станков с ЧПУ) на проектируемую ПП.

Аналоговые и смешанные аналого-цифровые устройства моделируются с помощью отдельной программы PSpice версий 4 и 5 фирмы "MicroSim Corp.", которая интегрируется с системой PCAD [11]. Кроме того, возможно подключение к ней более совершенных программ моделирования цифровых устройств CADAT, DDL и др.

Наиболее популярная версия системы PCAD - версия 4.5, характеризуется следующими возможностями.

Табл.3.1

Micro-CAP (Micro computer circuit Analysis Program) семейство программ схемотехнического моделирования на персональных компьютерах фирмы Spectrum Software. Наибольший интерес представляют Micro-CAP IV (февраль 1992 г.), Micro-CAP V, версия 1.0 (август 1995 г.) и Micro-CAP V, версия 2.0 (август 1997 г.)

В Micro-CAP IV используются надежные вычислительные алгоритмы SPICE 2G.6, полная совместимость с пакетом PSpice, как по принятым моделям электрорадиокомпонентов, так и по текстовому описанию схемы. Имеется исчерпывающая встроенная помощь и возможность задания функциональных зависимостей параметров схемы как функций времени, токов ветвей и узловых потенциалов. Однако управляющая оболочка не очень удобна, принятая последовательность выполнения программ нелогична.

Программа Micro-CAP V претерпела радикальные изменения по отношению к своим предшественницам. Во-первых, она переведена на платформу Windows, имеет удобный интерфейс, в текстовых надписях на схемах и графиках поддерживает Кириллицу. Во-вторых, позволяет моделировать не только аналоговые, но и цифровые и аналого-цифровые электронные устройства. В третьих, как для аналоговых, так и для цифровых компонентов используются математические модели, принятые в известной программе PSpice. Для моделирования аналоговых компонентов оставлен алгоритм Spice 2G.6, а для моделирования цифровых компонентов разработан собственный алгоритм.

Программа Micro-CAP V удобна для первоначального освоения схемотехнического моделирования электронных схем.

В программе Micro-CAP V, версия 2.0 основные изменения связаны с развитием многовариантного анализа. Допускается одновременно варьировать до 10 переменных и строить графики зависимостей характеристик схемы от варьируемых параметров. Введен режим построения 3-мерных графиков. Значительно расширена библиотека компонентов, включающая модели более 10 тыс. электрорадиокомпонентов ведущих фирм производителей.

Electronics Workbench 5.0 – отличается от других программ схемотехнического моделирования пользовательским интерфейсом. Источники входных сигналов и измерительные приборы изображаются на экране дисплея с максимальным приближением к реальности. Пользователь освобождается от составления заданий на моделирование. В рабочем окне размещаются генераторы сигналов и двухканальный осциллограф, подсоединяемые к необходимым узлам моделируемой электронной схемы – и программа анализирует переходные процессы. Если же к схеме подключать анализатор частотных характеристик, то будут рассчитан режим по постоянному току, выполнена линеаризация нелинейных компонентов в рабочей точке и проведен расчет характеристик схемы в частотной области. Диапазон анализируемых частот, коэффициент усиления и характер развертки по оси частот (в линейном или логарифмическом масштабе) устанавливаются с помощью органов управления на лицевой панели приборов посредством манипулятора мышь. Для выполнения моделирования достаточно щелкнуть выключателем. После этого на индикаторах цифровых вольтметров и амперметров будет зафиксирован режим по постоянному току, на экране измерителя отображены частотные характеристики, а на экране осциллографа будут непрерывно изображаться эпюры напряжений до тех пор, пока не будет заполнена буферная память. Моделирование можно прекратить или продолжить, обнулив буферную память.

32-разрядная система ACCEL EDA 13.0 выполняет полный цикл проектирования печатных плат (ПП), включающий в себя графический ввод схем, упаковку схемы на печатную плату, ручное размещение компонентов, ручную, интерактивную и/или автоматическую трассировку проводников, контроль ошибок в схеме и печатной плате и выпуск документации. Имеется механизм переноса изменений печатной платы на схему и наоборот (Engineering Change Order, ECO). Поддерживается как английская, так и метрическая система единиц. Применение 32-разрядной арифметики обеспечивает дискретность измерения линейных размеров 0,1 мил в английской системе (1 мил = 0,001 дюйма) и 0,01 мм в метрической системе, угловых размеров 0,1 град. и возможность изменения системы единиц на любой стадии работы с проектом без потери точности. Напомним, что в PCAD система единиц устанавливается до начала работы с проектом и в дальнейшем не может быть изменена. Поддержка текстовых форматов DXF и PDIF описания баз данных позволяет обмениваться информацией с такими распространенными пакетами, как AutoCAD, OrCAD, Viewlogic, PCAD и др. Автоматическое размещение компонентов на плате и более эффективная автоматическая трассировка проводников реализованы в поставляемом отдельно пакете SPECCTRA 7.1 фирмы Cooper&Chyan Technology (сейчас права на него купила Cadence), который заменил известный ранее автотрассировщик MaxRoute фирмы Massteck. Доработка ПП с учетом особенностей технологии конкретного оборудования выполняется с помощью программ семейства CAM350 фирмы Advanced CAM Technologies, в состав которого входит известная программа PCGerber и более совершенная CAM350. Система ACCEL EDA поставляется с большой библиотекой современных импортных электрорадиоэлементов, которую можно пополнить библиотеками отечественной элементной базы, в частности, импортированными из PCAD.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6