Аппаратный модуль генерации белого шума

Сентябрь 13, 2022

Главная
Алгебра
Аппаратный модуль генерации белого шума

Содержание

2. В рамках данной НИРС требовалось разработать: Структурная схема аппаратного модуля генерации белого шума; Электрическая принципиальная схема
3. Общие теоретические сведения о генераторах радиошума Принцип действия генераторов шума основан на свойствах лавинного пробоя перехода
4. Была выбрана следующая структурная схема модуля:
5. Выбор генератора несущей частоты
6. Выбор смесителей Первый канал (100 МГц – 2000 МГц) Микросхема MAMXES0117 производителя M/A-COM Technology. Предназначена для
7. Выбор смесителей Второй канал (2000 – 6000 МГц) Микросхема HMC1048 производителя Analog Devices. Предназначена для диапазона
8. Выбор смесителей Третий канал (6000 – 12 000 МГц) Микросхема HMC558LC3B производителя Analog Devices. Предназначена для
9. Выбор усилителей Первый и второй канал (100 – 6000 МГц) Микросхема TQP369182. Данный усилитель является радиочастотным
10. Выбор усилителей Третий канал (6 – 12 ГГц) Микросхема AMMP-6220. Данная микросхема является низкошумящим усилителем с
11. Усиление сигнала генератора несущей Микросхема HMC1049LP5E. Обладает усилением в 14.5 дБ, полосой пропускания в 0.3-20 ГГц
12. Выбор схемы генерации шума Шум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной
13. Выбор схемы генерации шума Были рассмотрены две схемы генерации шума, фигурирующие в статьях A Broadband Random
14. Работа рассмотренных схем Основной проблемой генератора Linear Technologies является узкая полоса выходного шума. Максимальная полоса, на
15. Работа рассмотренных схем На ЛАФЧХ работы схемы Maxim Integrated отображены, снизу вверх: Фоновый шум компонентов, снимаемый
16. Разработка электрической принципиальной схемы На основе технической документации микросхемы ADF5355 было разработано следующее схемотехническое решение подключения
17. Разработка электрической принципиальной схемы В отличии от схемы, предлагаемой Maxim Integrated, реализованная схема генератора шума включает
18. Разработка электрической принципиальной схемы На рисунке справа видно реализацию каскадов усиления каждого канала. На схеме видно
19. Разработка электрической принципиальной схемы На рисунке справа представлена архитектура питания платы. На плату поступает входное напряжение,
20. Разработка печатной платы Разработанная печатная плата обладает габаритными размерами 203.801х115.801х1.5 мм, содержит в себе 2580 переходных
21. Разработка печатной платы При разработке топологии проводников радиочастотной части учитывался импеданс дорожек. Толщина проводников и ширина
22. Разработка печатной платы На рисунке слева отображена компоновка слоев печатной платы. Ядра выполнены из материала RO4003,
23. Разработка печатной платы На рисунке 39 представлен участок топологии одного из каналов генерации шума. На рисунке
25. Скачать презентацию

Слайд 2

В рамках данной НИРС требовалось разработать:
Структурная схема аппаратного модуля генерации белого

шума;
Электрическая принципиальная схема аппаратного модуля генерации белого шума;
Проект печатной платы аппаратного модуля генерации белого шума;
Конструкторская документация на аппаратный модуль генерации белого шума.
Опытный образец аппаратного модуля генерации белого шума;

Слайд 3

Общие теоретические сведения о генераторах радиошума
Принцип действия генераторов шума основан на

свойствах лавинного пробоя перехода диода. В начальной стадии лавинного пробоя процесс ударной ионизации оказывается неустойчивым: ударная ионизация возникает, срывается, возникает вновь в тех местах перехода, где оказывается в данный момент достаточная напряженность электрического поля. Результатом случайной неравномерности генерации новых носителей заряда при ударной ионизации являются шумы, которые характерны для определенного диапазона токов.

Слайд 4

Была выбрана следующая структурная схема модуля:

Слайд 5

Выбор генератора несущей частоты

Слайд 6

Выбор смесителей Первый канал (100 МГц – 2000 МГц)
Микросхема MAMXES0117 производителя M/A-COM

Technology.
Предназначена для диапазона 80 – 2500 МГц.

Слайд 7

Выбор смесителей Второй канал (2000 – 6000 МГц)
Микросхема HMC1048 производителя Analog Devices.
Предназначена

для диапазона 2-18 ГГц

Слайд 8

Выбор смесителей Третий канал (6000 – 12 000 МГц)
Микросхема HMC558LC3B производителя Analog

Devices.
Предназначена для диапазона 5.5 – 14 ГГц

Слайд 9

Выбор усилителей Первый и второй канал (100 – 6000 МГц)
Микросхема TQP369182. Данный

усилитель является радиочастотным усилителем, обеспечивающим широкую полосу пропускания при усилении до 20.7 дБ на частоте 1.9 ГГц и типичный шум в 3.9 дБ

Слайд 10

Выбор усилителей Третий канал (6 – 12 ГГц)
Микросхема AMMP-6220. Данная микросхема является

низкошумящим усилителем с полосой пропускания от 6 ГГц до 20 ГГц, обеспечивающая усиление в 22 дБ и типичный шум в 2.5 дБ

Слайд 11

Усиление сигнала генератора несущей
Микросхема HMC1049LP5E. Обладает усилением в 14.5 дБ, полосой

пропускания в 0.3-20 ГГц и типичным шумом в 1.8 дБ

Слайд 12

Выбор схемы генерации шума
Шум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся

сложностью временной и спектральной структуры. В рамках данной НИРС требовалось создание генератора белого шума. Белый шум — стационарный шум, спектральные составляющие которого равномерно распределены по всему диапазону задействованных частот.

Слайд 13

Выбор схемы генерации шума
Были рассмотрены две схемы генерации шума, фигурирующие в

статьях A Broadband Random Noise Generator от Linear Technology, авторства Джима Уильямса и Building a Low-Cost White-Noise Generator от Maxim Integrated.
Схема LT является генератором белого шума с регулируемой полосой пропускания. Регулирование полосы пропускания данного генератора ведется с помощью изменения номинала конденсатора.
Схема MI основана на усилении шума генерируемого диодом Зенера.

Слайд 14

Работа рассмотренных схем
Основной проблемой генератора Linear Technologies является узкая полоса выходного

шума. Максимальная полоса, на которой шум все еще можно считать белым является DC-1 МГц, т.к. далее шум становится розовым.

Слайд 15

Работа рассмотренных схем
На ЛАФЧХ работы схемы Maxim Integrated отображены, снизу вверх:
Фоновый

шум компонентов, снимаемый при выключенной цепи
Шум LNA усилителей, при выключенном диоде
Общий шум схемы при пробое 10 мА и 60 мА диода соответственно
Из ЛАФЧХ видно, что даже максимальном усилении, обеспечиваемом выбранным каскадом, (38 дБ ~ 40 дБ) сигнал не поднимается выше ~-45 дБ. Однако, в отличие от первой предложенной схемы, данная реализация обладает большей линейностью амплитудной характеристики на всем диапазоне частот. Таким образом, для дальнейшей разработки была выбрана именно эта схема.

Слайд 16

Разработка электрической принципиальной схемы
На основе технической документации микросхемы ADF5355 было разработано

следующее схемотехническое решение подключения микросхемы.

Слайд 17

Разработка электрической принципиальной схемы
В отличии от схемы, предлагаемой Maxim Integrated, реализованная

схема генератора шума включает в себя каскад из 2 – 4 усилителей, вместо 2. Включение дополнительных усилителей в каскад осуществляется напайкой резисторов-перемычек, обладающих сопротивлением в 0 Ом.

Слайд 18

Разработка электрической принципиальной схемы
На рисунке справа видно реализацию каскадов усиления каждого

канала. На схеме видно смесители, усилители и выходные разъемы каждого канала. Каждый канал обладает несколькими SMA разъемами, для облегчения процесса отладки платы. Разъемы позволят снимать спектр сигнала в любой точке схемы. Каждый из каналов имеет общую схему генерации шума. Схема генерации несущей частоты так же одинакова для первого и второго каналов.

Слайд 19

Разработка электрической принципиальной схемы
На рисунке справа представлена архитектура питания платы. На

плату поступает входное напряжение, равное 12 вольтам. Каждый канал требует напряжения номиналов 3.3 вольта, 2.5 вольта и 5 вольт для питания генератора несущей частоты и питания активных усилителей. Для каждого канала выделены свои ветви преобразования каждого номинала. Так же каждый канал требует напряжения 14 вольт для питания схемы генерации шума, однако данная ветвь не потребляет большой мощности, так что объединена в одну. Так же отдельная ветвь в 3.3 вольта выделена для питания микроконтроллера.

Слайд 20

Разработка печатной платы
Разработанная печатная плата обладает габаритными размерами 203.801х115.801х1.5 мм,

содержит в себе 2580 переходных отверстий, 18 различных полигонов, 6293 дорожки, 423 компонента.

Слайд 21

Разработка печатной платы
При разработке топологии проводников радиочастотной части учитывался импеданс

дорожек. Толщина проводников и ширина зазоров подбиралась таковой, чтобы сохранить импеданс в 50 Ом. Таким образом для каждого из каналов было получено следующее значение:
Толщина проводников: 0.45мм
Зазоры с проводниками: 0.5 мм
Отступ маски от проводника: 0.75 мм

Слайд 22

Разработка печатной платы
На рисунке слева отображена компоновка слоев печатной платы. Ядра

выполнены из материала RO4003, с базовой толщиной 0.203 мм, толщиной меди 18 мкм, обладающего диэлектрической проницаемостью 3.38. Препрег выполнен из материала RO4450B.

Слайд 23

Разработка печатной платы
На рисунке 39 представлен участок топологии одного из каналов

генерации шума. На рисунке видно топологию микросхемы DA2 – генератора несущей частоты ADF5355, видно топологию генератора шума и один из низкошумящих усилителей DA6 - HMC1049LP5E. Видно, что все проводники передающие высокочастотный сигнал не покрыты маской и поворачивают плавно, а не под острыми углами. Сделано это для выравнивания 50-ти омного импеданса и защиты от краевых эффектов.

Аппаратный модуль генерации белого шума

Содержание

В рамках данной НИРС требовалось разработать:Структурная схема аппаратного модуля генерации белого

Общие теоретические сведения о генераторах радиошума Принцип действия генераторов шума основан на

Была выбрана следующая структурная схема модуля:

Выбор генератора несущей частоты

Выбор смесителей Первый канал (100 МГц – 2000 МГц)Микросхема MAMXES0117 производителя M/A-COM

Выбор смесителей Второй канал (2000 – 6000 МГц)Микросхема HMC1048 производителя Analog Devices.Предназначена

Выбор смесителей Третий канал (6000 – 12 000 МГц)Микросхема HMC558LC3B производителя Analog

Выбор усилителей Первый и второй канал (100 – 6000 МГц)Микросхема TQP369182. Данный

Выбор усилителей Третий канал (6 – 12 ГГц)Микросхема AMMP-6220. Данная микросхема является

Усиление сигнала генератора несущейМикросхема HMC1049LP5E. Обладает усилением в 14.5 дБ, полосой

Выбор схемы генерации шумаШум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся

Выбор схемы генерации шумаБыли рассмотрены две схемы генерации шума, фигурирующие в

Работа рассмотренных схемОсновной проблемой генератора Linear Technologies является узкая полоса выходного

Работа рассмотренных схемНа ЛАФЧХ работы схемы Maxim Integrated отображены, снизу вверх:Фоновый

Разработка электрической принципиальной схемыНа основе технической документации микросхемы ADF5355 было разработано

Разработка электрической принципиальной схемыВ отличии от схемы, предлагаемой Maxim Integrated, реализованная

Разработка электрической принципиальной схемыНа рисунке справа видно реализацию каскадов усиления каждого

Разработка электрической принципиальной схемыНа рисунке справа представлена архитектура питания платы. На

Разработка печатной платы Разработанная печатная плата обладает габаритными размерами 203.801х115.801х1.5 мм,

Разработка печатной платы При разработке топологии проводников радиочастотной части учитывался импеданс

Разработка печатной платыНа рисунке слева отображена компоновка слоев печатной платы. Ядра

Разработка печатной платы На рисунке 39 представлен участок топологии одного из каналов

Похожие презентации