Разработка приемника ЧМ сигналов со стереофоническим выходом

Анализ номенклатуры интегральных схем, предназначенных для построения приемных тактов беспроводных устройств связи. Знакомство с особенностями разработки приемника ЧМ сигналов со стереофоническим выходом. Этапы расчета входных каскадов радиоприемника.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

1. Основные технические требования к радиоприемнику

интегральный схема стереофонический радиоприемник

Спроектировать приемник ЧМ сигналов со стереофоническим выходом. В процессе проектирования следует:

Выбрать и обосновать функциональную схему приемника.

Подобрать по параметрам интегральную схему.

Произвести электрический расчет основных узлов.

Выполнить графическую часть

- принципиальную схему радиоприемника

- перечень элементов

Целью данной курсовой работы является разработка приемника ЧМ сигналов со стереофоническим выходом.

Для приема передач с частотной модуляцией используется диапазон УКВ. В диапазонах ДВ и СВ прием обычно осуществляется на встроенную магнитную антенну, а в диапазонах КВ, УКВ - на штыревую (телескопическую). При приеме радиовещательных программ необходимо обеспечить достаточное качество воспроизведения сигналов, так как важно правильное отображение не только смысловой информации, но и характера передачи (тембра голоса и т.д.).

Техническое задание на разработку радиовещательного супергетеродинного приемника

2. Разработка функциональной схемы и выбор методами ориентировочного расчета типов усилительных элементов или ИМС и избирательных узлов

Высокие требования к электрическим характеристикам современных радиовещательных приемников предопределяют их построение по супергетеродинной схеме.

Определить оптимальное число каскадов в различных трактах приемника можно только на основании расчета структурной схемы. Ее следует выбирать, исходя из заданных параметров приемника.

В схеме супергетеродинного приемника (рис. 2.1) с помощью дополнительного местного гетеродина в преобразователе происходит смещение спектра сигнала в диапазон новых, промежуточных частот. Это преобразование должно быть линейным, т. е. не должно сопровождаться искажениями огибающей высокочастотного сигнала. При этом условии результат детектирования усиленного в УПЧ сигнала будет таким же, как и результат детектирования напряжения с выхода усилителя высокой частоты в приемнике прямого усиления. Супергетеродин обладает высокой чувствительностью и селективностью, поскольку усиление осуществляется еще и на промежуточной частоте.

Рис. 2.1. Функциональная схема супергетеродинного приемника ЧМ сигналов

Высококачественное воспроизведение радиовещательных программ возможно только в УКВ диапазоне. Структурная схема сигнальной части приемника определяется супергетеродинным принципом радиоприема и стала уже традиционной. Однако наблюдаются некоторые тенденции к усложнению схемы. Во многих разработках применяют селективные буферные каскады, включаемые между гетеродином и смесителем. Они предназначены для уменьшения влияния сильного сигнала на частоту гетеродина и служат для повышения устойчивости тракта к перекрестной модуляции. (Перекрестной модуляцией называют перенос модуляции мешающей станции на сигнал принимаемой радиостанции.) Селективный буферный каскад уменьшает напряжение гармоник гетеродина в смесителе, тем самым подавляются дополнительные каналы приема.

Номенклатура интегральных схем, предназначенных для построения приемных тактов беспроводных устройств связи, чрезвычайно широка и разнопланова. Только описанию параметров и рекомендаций по применению производимых интегральных узкополосных и широкополосных приемников частотно-модулированных сигналов с однократным и двукратным преобразованием частоты посвящено несколько томов справочников, обновляемых практически каждый год (см., к примеру, [7, 8]). В связи с этим выбор наиболее подходящей для конкретного изделия ИС представляет для разработчика непростую задачу.

В этой ситуации основным критерием выбора компонентов является наиболее полное соответствие их параметров техническим требованиям, предъявляемым к приемному тракту. К основным из них относятся следующие:

- диапазон входных частот.

- количество преобразований частоты.

- максимальные значения промежуточных частот

- полоса частот детектора и выходной цепи.

- чувствительность при заданном отношении (сигнал+шум)/шум, либо шум-фактор.

- напряжение источника питания и ток потребления.

- тип корпуса.

Указанные параметры, как правило, не требуют дополнительных разъяснений для разработчиков.

Ряд параметров приемников приводится в справочниках для определенных условий. В первую очередь это относится к значениям частоты модуляции и величине девиации частоты входных сигналов, которые для узкополосных приемников соответственно равны 1 кГц и 3 кГц. В широкополосных приемниках эти значения составляют 1 кГц и 75...125 кГц. Значения промежуточных частот также унифицированы. Первая промежуточная частота ( для узкополосных приемников с однократным преобразованием она является частотой входного сигнала) равна 10,7МГц. Вторая промежуточная частота в узкополосных приемниках, (промежуточная частота в узкополосным приемниках с однократным преобразованием) как правило, не превышает 0,5 МГц и в большинстве случаев равна 455 кГц.. Этот выбор обусловлен наличием широкого спектра недорогих пьезокерамических и кварцевых фильтров с различными полосами пропускания и хорошими частотно-избирательными свойствами.

В широкополосных приемниках промежуточная частота достигает значений 20...50 МГц, полоса пропускания - до 600 кГц.

Чувствительность приемников определяется либо как уровень сигнала для определенного отношения (сигнал+шум)/шум на выходе частотного детектора (обычно 12 дБ), либо как уровень сигнала, лежащего на 3 дБ ниже уровня ограничения усилителя ограничителя промежуточной частоты.

Кроме этого большое значение для построения современных средств связи с развитым пользовательским сервисом представляет также наличие в ИМС дополнительных функций, таких как:

- бесшумная настройка БШН (Squelch) с регулировкой уровня срабатывания и гистерезиса;

- бланкирование звука (Mute) при уменьшении сигнала ниже определенного порога;

- определителя наличия несущей (Carrier Detect);

- измеритель уровня принимаемого сигнала (RSSI - Received Signal Strength Indicator);

- формирователь сигнала управления сканированием при автоматической настройке на радиостанцию (Scan Control);

- преобразователь аналогового сигнала в цифровую информационную последовательность (Data Sheer или Data Shaper), и т.п..

В зарубежной литературе устойчивость к перекрестной модуляции не входит в число основных параметров радиоприемников и тюнеров. Зато всегда указана устойчивость к высокочастотным интермодуляционным искажениям, создающим заметные нелинейные искажения. Высокочастотная интермодуляция вызывает появление на выходе усилителя высокой частоты (УВЧ) сигналов с частотами, равными комбинациям частот входных сигналов. В тюнерах с синтезатором частот блок УКВ имеет выход гетеродина для цифровой индикации: выход гетеродина также осуществляется через буферный каскад, чтобы уменьшить влияние последующих каскадов на частоту гетеродина.

В современных блоках УКВ и демодуляторах ЧМ сигналов чувствительность ограничена собственными шумами блоков, а не коэффициентом усиления. Поэтому модели приемников разных классов отличаются по чувствительности незначительно. В связи с продолжающимся ростом уровня электромагнитных помех все большее значение приобретает избирательность блока УКВ по зеркальному и другим дополнительным каналам приема и по ПЧ. Предварительный усилитель сигналов ПЧ, включенный перед избирательной системой, не должен оказывать влияния на неравномерность дифференциального усиления всего тракта при амплитуде сигнала до 0,5 В. В противном случае ухудшаются параметры высокой верности воспроизведения: коэффициент нелинейных искажений, переходные затухания между стереоканалами. Опасной является модуляция емкости транзисторных р-n переходов сильным сигналом, так как возникает амплитудно-фазовая конверсия при прохождении ограниченного сигнала через избирательные цепи.

Усилители ПЧ, удовлетворяющие требованиям устойчивости при больших уровнях входных сигналов, строят на основе двухтактных и дифференциальных схем. Дифференциальная схема способствует подавлению синфазной помехи, наводимой на входные цепи приемника. Необходимое усиление определяется затуханием фильтра ПЧ и составляет 10...20 дБ. Избыточное усиление снижает устойчивость при больших сигналах, ухудшает работу автоматики в стереодекодере, устройстве бесшумной настройки и др. Основное усиление по ПЧ (до 80 дБ) обеспечивается микросхемами УПЧ и стереодекодера.

В зарубежных тюнерах в настоящее время используется ключевой метод декодирования. Суммарно-разностный метод (с разделением спектра) исчерпал свои возможности. Декодирование производят с временным разделением каналов. Стереодекодер конструктивно разделяют на формирователь коммутирующих импульсов и сигнальную часть. Он оформлен в виде большой гибридной микросхемы. Ф...