Разработка интегральной микросхемы АМ-ЧМ приёмника по типу TA2003 (стр. 3 из 10)
AMOSC – гетеродин для смесителя АМ–сигналов;
FMMIX – смеситель ЧМ–сигналов;
AMMIX – смеситель АМ–сигналов;
AGC – блок автоматической регулировки усиления;
AMIF – усилитель промежуточной частоты АМ–сигналов;
FMIF – усилитель промежуточной частоты ЧМ–сигналов;
AMDET – детектор АМ–сигналов;
FMDET – детектор ЧМ–сигналов.
Рисунок 2.1– Структурная схема ИМС АМ–ЧМ приёмника.
Опишем функционирование ИМС на уровне структурной схемы.
Начнем с описания работы части ИМС служащей для обработки ЧМ сигналов. Высокочастотный ЧМ сигнал с антенны поступает на вывод 1 ИМС, который является входом усилителя радиочастоты (FMRF). Здесь сигнал усиливается до амплитуды необходимой для дальнейшей обработки. С усилителя радиочастоты усиленный сигнал поступает на преобразователь частоты, который состоит из смесителя для FM – сигналов (FMMIX) и гетеродина (FMOSC). Гетеродин представляет из себя маломощный генератор, частота которого задается внешним контуром подключаемом к выводу 13 ИМС. Смеситель предназначен для получения промежуточной частоты. Выход смесителя – вывод 3 ИМС. Со смесителя сигнал поступает на вход усилителя промежуточной частоты (FMIF) – вывод 8 ИМС. Необходимо отметить что во внешних цепях между выводами 3 и 8 следует включать кварцевый фильтр для получения стабильной промежуточной частоты 10,7 МГц. Усиленный и стабильный сигнал промежуточной частоты поступает на детектор FM – сигналов, который представляет из себя 4-х квадрантный аналоговый перемножитель. Выход детектора – вывод 11 ИМС.
С антенны АМ – сигналов по 16-му выводу ИМС поступает на вход усилителя радиочастоты (AMRF). Усиленный сигнал поступает на преобразователь частоты состоящий из смесителя (AMMIX) и гетеродина (AMOSC). Частота гетеродина задается внешним контуром подключаемом к выводу 12 ИМС. Смеситель предназначен для получения промежуточной частоты. Выход смесителя – вывод 4 ИМС. Со смесителя сигнал поступает на вход усилителя промежуточной частоты (AMIF) – вывод 7 ИМС. Во внешних цепях между выводами 4 и 7 следует включать кварцевый фильтр для получения стабильной промежуточной частоты 465 кГц. Усиленный и стабильный сигнал промежуточной частоты поступает на детектор AM – сигналов. Выход детектора – вывод 11 ИМС.
В цепи преобразования AM – сигналов имеется блок автоматической регулировки усиления (AGC). Автоматическая регулировка усиления – система, автоматически изменяющая усиление электрических колебаний при изменении напряжения сигнала на входе 16. Действие АРУ направлено на значительное уменьшение изменений напряжения выходных сигналов на выводе 11 по сравнению с входными. Это осуществляется посредством цепей, которые передают выпрямленное детектором регулирующее напряжение на базы транзисторов, усилителей высокой, промежуточной частоты и преобразователя частоты, уменьшая их усиление с увеличением напряжения сигнала на входе и наоборот.
Рассмотрим подробнее функциональные узлы, входящие в состав ИМС.
Усилитель радиочастоты. Функциями усилителя радиочастоты являются:
а) усиление полезного сигнала;
б) обеспечения совместно с входным устройством частотной избирательности приемника по отношению к побочным сигналам;
в) снижение коэффициента шума приемника, что обеспечивает повышение реальной чувствительности приемника;
г) обеспечение линейности усиления и ослабления нелинейных явлений в радиоприемнике, возникающих в условиях одновременного приема и сильных помех.
В соответствии с выполняемыми функциями усилитель радиочастоты должен удовлетворять заданным численным значениям следующих качественных показателей:
а) диапазон рабочих частот;
б) полосы пропускания определяемой при проектировании структурной схемы из условий требуемых ослаблений побочных сигналов;
в) коэффициента устойчивого усиления;
г) требуемого значения динамического диапазона;
д) минимально возможного коэффициента шума.
В разрабатываемой ИМС блоки УРЧ обеспечивают такие параметры приемника как:
диапазон рабочих частот для FM 76 -108 МГц, для AM 530 – 1600кГц ;
чувствительность для FM 10 мкв, для AM 50 мкв;
соотношение сигнал шум для FM 62 dB, для AM 43 dB;
коэффициент нелинейных искажений для FM 0,4 %, для AM 1,0 %.
Преобразователь частоты супергетеродинного радиоприемника осуществляет функцию перемещения спектра принимаемого сигнала. Это перемещение происходит в преобразователе без нарушения ширины спектра и с сохранением закона модуляции. Преобразователь частоты рассматривается как элемент линейной части супергетеродинного радиоприемника; он обеспечивает практически линейную зависимость между амплитудой промежуточной частоты и амплитудой напряжения сигнала.
При необходимости преобразователи частоты позволяют получить постоянное значение промежуточной частоты независимо от частоты принимаемого радиосигнала. Это даёт возможность осуществить большее усиление и хорошую избирательность радиосигнала в тракте промежуточной частоты.
Преобразователи частоты состоят из преобразующего элемента, генератора высокой частоты и резонансной системы.
Преобразующий элемент представляет собой двухполюсной нелинейный элемент – смеситель.
Генератор высокой частоты (гетеродин) вырабатывает синусоидальное напряжение высокой частоты, используемое для изменения крутизны вольт – амперной характеристики смесителя во времени, - это и обеспечивает преобразование частоты принимаемого сигнала.
При преобразовании частоты на смеситель подаются одновременно напряжения сигнала и гетеродина. Независимо от типа смесителя и условий преобразования полученный продукт преобразования всегда один и тот же – напряжение промежуточной частоты, изменяющееся в соответствии с модуляцией принимаемого сигнала. Для выделения требуемых составляющих спектра выходного напряжения на выходе смесителя используется резонансная система с определённой полосой пропускания частот. В данной микросхеме резонансная система представляет из себя кварцевый фильтр, подключаемый к выводам ИМС в виде навесных элементов. Для АМ – 4 и 7 , а для FM – 3 и 8 вывода ИМС.
Усилитель промежуточной частоты. Функциями усилителя промежуточной частоты являются: обеспечение основной избирательности приемника по отношению к сигналам, несущие частоты которых близки к несущей частоте принимаемого сигнала; формирование полосы пропускания частот приемника, обуславливающей необходимую точность воспроизведения на его выходе принимаемого сигнала.
Детектор сигнала – устройство, предназначенное для преобразования спектра модулированного радиосигнала в электрический сигнал, соответствующий модулирующему. К детекторам радиосигналов предъявляются следующие основные требования:
а) высокая степень соответствия закона изменения получаемого на выходе первичного сигнала закону изменения модулируемого параметра радиосигнала на входе;
б) малое ухудшение отношений сигнал – помеха и сигнал – шум на выходе по сравнению с соответствующими отношениями на входе;
в) хорошая фильтрация колебаний промежуточной частоты на выходе схемы;
г) высокий коэффициент передачи;
д) высокое входное сопротивление.
3. Схемы электрическая принципиальная ИМС
3.1 Схемотехника построения функциональных узлов ИМС
В соответствии со структурной схемой для каждого блока приведем схемотехническое решение. Соответствующие упрощенные электрические принципиальные схемы функциональных блоков представлены на рисунках 3.1 – 3.12
Рисунок 3.1 – Усилитель радиочастоты АМ–сигнала (AMRF).
Рисунок 3.2 – Усилитель радиочастоты ЧМ–сигнала (FMRF).
Рисунок 3.3 – Гетеродин для смесителя АМ–сигналов (AMOSC).
Рисунок 3.4 – Гетеродин для смесителя ЧМ–сигналов (FMOSC).
Рисунок 3.5 – Смеситель АМ–сигналов (AMMIX).
Рисунок 3.6 – Смеситель ЧМ–сигналов (FMMIX).
 |
Рисунок 3.7 – Блок автоматической регулировки усиления (AGS).
Рисунок 3.8 – Усилитель промежуточной частоты АМ–сигналов (AMIF).
Рисунок 3.9 – Усилитель промежуточной частоты ЧМ–сигналов (FMIF).
 |
| Рисунок 3.10 – Детектор АМ–сигналов (AMDET). |
Рисунок 3.12 – Выходной каскад (DETOUT).
Полная электрическая принципиальная схема ИМС TA2003 приведена в приложении В.
3.2 Анализ схемы электрической принципиальной
При помощи измерительных схем представленных на рисунках 3.13 и 3.14 проведем анализ схемы электрической принципиальной ИМС.
Результаты приведены в таблицах 3.1 – 3.2
Для таблицы 3.2 режимы измерений:
T =25ºC, Vcc=3В
F / E : f = 98 МГц, fm= 1кГц.
FMIF : f = 10,7 МГц, Δf = ± 22,5 кГц, fm= 1кГц.
AM : f = 1 МГц, MOD = 30%, fm = 1кГц..
Рисунок 3.13 – Тестовая схема 1.
