ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ СУЛИ

РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Проектирование узлов начинается с функциональной схемы, составленной на основе задач, которые должна решать система. Желательно, чтобы она состояла из таких элементов, название которых полностью определяет принцип их действия, т. е. способ формирования их выходных сигналов из входных. В этом случае возможен теоретический анализ прохождения сигналов через систему. Целесообразно при этом использовать такие условные графи- ческие обозначения (УГО), которые интуитивно понятны и позволяют упростить чертеж. Например, имеются известные обозначения радиоэлектронных компонент: резисторов, конденсаторов, транзисторов, диодов и т. д. Применяются также условные графические обозначения простейших узлов, в частности элементов, реализующих булевы функции. Так, узел, выполняющий операцию «И» (и), обозначается прямоугольником с символом «&»; узел, выполняющий операцию «ИЛИ» (п), маркируется символом «1», и т. д. Инверсия сигнала обозначается небольшим кружком на входе или на выходе сигнала из блока.

Преобразование аналошвого сигнала в цифровой может, например, обозначаться « л / # », а преобразование цифрового сигнала в аналоговый - соответственно « #/ л ». Переменный сигнал (ток, напряжение) можно обозначать символом «*», а сигнал, содержащий постоянную компоненту, символом «=». При этом преобразователь переменного сигнала в постоянный (выпрямитель) будет обозначаться ««/=», а если следует подчеркнуть полярность, то можно применять УГО, обозначающее диод, например «-|<-». Фильтр

верхних частот (пропускающий только верхние частоты) можно обозначать двумя волнистыми линиями, из которых нижняя зачеркнута, а фильтр нижних частот соответственно двумя волнистыми линиями, из которых верхняя зачеркнута. Полосовой фильтр тогда можно обозначать гремя волнистыми линиями, из которых зачеркнуты верхняя и нижняя, а заградительный фильтр - тремя волнистыми линиями, из которых зачеркнута средняя.

Для условно-графических обозначений ранее существовали обязательные к соблюдению стандарты, сейчас их исполнение носит лишь рскомсндатсльный характер, кроме случаев, когда к документу (отчету, проекту и т. п.) предъявлено требование соблюдения конкретных стандартов или в самом этом документе на данные стандарты дана ссылка как на источник разработки. Наличие таких требований или ссылок делает применение требований указанных стандартов обязательным во всем документе.

Отдельные элементы могут быть более сложными и поэтому могут иметь специфические название и назначение, которые должны быть пояснены описанием принципа действия. После этого можно уточнять частные технические зребования на элементы исходя из общих требований к системе. Если они невыполнимы, следует изменить техническое задание или функциональную схему. Исполнение отдельных элементов и схемы в целом может быть осуществлено на основе аналоговой или цифровой электроники. В случае аналоговой электроники исполнение является всегда лишь аппаратным; в случае цифровой электроники оно может быть аппаратным, программным или программ но-а! I паратн ым.

Аналоговая техника широко использует операционные усилители, на основе которых можно собрать различные схемы преобразований электрических сигналов: логарифмирующие усилители, экспоненциальные усилители, усилители-ограничители, пиковые детекторы, выпрямители, модуляторы- демодуляторы, функциональные преобразователи (напряжения - в частоту, частоты - в напряжение и т. д.) [47, 52-57]. Развитие электронной техники привело к созданию специализированных микросхем, предназначенных для таких преобразований сигналов, которые ранее осуществлялись уникальными узлами из более простых компонент.

Аналоговая электроника уступает цифровой по функциональным возможностям, быстродействие цифровой электроники увеличивается с каждым годом, так же как и точность. В настоящее время доступны цифровые устройства, способные обрабатывать сигналы с тактовой частотой до 120 МГц и выше, при этом каждый отсчет может быть сделан с точностью 14 разрядов. Эти фаницы постоянно расширяются, преимущества аналоговой техники утрачиваются. Поэтому аналоговой технике уделяется все меньшее внимание. Вместе с тем понимание принципов действия аналоговых узлов полезно для более правильного применения их цифровых аналогов. Кроме того, аналоговая техника все еще широко используется, поэтому мы считаем полезным рассмотрение основных функциональных элементов, наиболее просто реализуемых на основе операционных усилителей и (или) специализированных микросхем.

В данном учебном пособии при обсуждении конкретных типов микросхем приведены некоторые важнейшие справочные данные по отечественным микросхемам, а также изредка - по зарубежным микросхемам. При этом приходится руководствоваться теми сведениями об отечественных микросхемах, которые наиболее доступны в литературе и соответствуют серийным широко распространенным изделиям. Вследствие развала отечественной экономики на рубеже XXI века отечественная электронная промышленность действительно перешла в режим застоя. Парадокс состоит в том, что период, который прозападные политологи называли застоем, характеризуется бурным развитием отечественной электронной промышленности, регулярно пополняющей свой арсенал новыми разработками. В то время зарубежные микросхемы были малодоступными. Кроме того, основные стратегические заказчики выставляли неизменное требование, чтобы вся разработка была выполнена полностью на отечественной элементной базе. Поэтому знание элементной базы радиоэлектронных компонент было важным, специалисты хранили в памяти и в справочниках, являющихся их настольными книгами, множество сведений о различных микросхемах, о типовых схемах их включения. В этом багаже и опыте, по сути, и состояло мастерство разработчика электронной техники.

Изменение политического и экономического расклада сил открыло рынок зарубежных микросхем. В этой ситуации использование отечественных микросхем стало почти бессмысленным, поскольку практически все отечественные разработки уступают по совокупности параметров своим зарубежным функциональным аналогам. Под функциональным аналогом мы понимаем не полный аналог, а лишь аналог по исполняемым функциям (например, в этой терминологии все операционные усилители в каком-то смысле являются функциональными аналогами). Или более точно можно говорить о том, что все малошумящис операционные усилители являются функциональными аналогами друг другу, все широкополосные усилители также являются функциональными аналогами друг другу и т. д.

Для того чтобы разрабатывать передовые электронные изделия, нс требуется знания всех микросхем. Напротив, надо сужать свой багаж сведений путем изъятия из него информации о тех микросхемах, которые принципиально устарели настолько, что их использование не может быть оправдано ни при каких обстоятельствах. Так, например, безнадежно устарели некоторые операционные усилители, характеризующиеся слишком большими шумами, малой полосой усиления и при этом, как ни странно, излишне большой стоимостью. Нет необходимости использования «прецизионного» операционного усилителя К140УД13 при наличии в производстве К140УД17А, но и нет необходимости использования К140УД17А при наличии К140УД22. А доступность, например, ОР11 исключает потребность во всех вышеуказанных ОУ. Точно так же нет необходимости применения компараторов серии К554 и К597 при наличии более скоростных, таких как 521СА5.

На этом основании можно вычеркнуть все отечественные микросхемы из рассмотрения. Также можно вычеркнуть из рассмотрения и все отечественные транзисторы, диоды, светодиоды. Для проектирования современных электронных узлов уже не требуется осуществлять пайку схем, вместо этого достаточно просто нарисовать электрическую схему в соответствующем программном обеспечении (например, РСАй или ОгСАй). Имеется множество фирм, которые за относительно небольшую оплату и в приемлемые сроки изготовят нужное количество печатных плат, причем разводку они тоже могут выполнить. Также ряд фирм выполняет электроконтроль, что исключает ошибки при изготовлении печатной платы, но не исключает ошибок, которые заложил проектировщик собственно в схему. Некоторые исполнители также осуществляют входной контроль грубых ошибок (например, неправильное питание микросхемы или ошибочное соединение нескольких выходов между собой и т. д.). Кроме того, фирмы могут осуществить комплектацию и монтаж изделия. Разработчику остается только сначала нарисовать схему, а затем получить готовую печатную плату с запаянными электронными компонентами, которая по качеству не уступает промышленному изделию.

Технологии пошли дальше. Теперь нет необходимости изготавливать электронный узел на отдельных микросхемах. Можно использовать одну микросхему, в которой прожигаются необходимые перемычки, вследствие чего она преобразуется в такую структуру, которая необходима. Также имеются микросхемы, которые программируются не однократно, а могут допускать многократное программирование связей. Вместо изготовления изделия изготавливается его виртуальный проект, который программируется в такую микросхему для дальнейшего использования. Таким образом, одно и то же изделие может на одном этапе своего жизненного цикла, например, быть фазометром, а потом оно же может быть преобразовано в частотомер или в систему сбора данных от множества датчиков температуры и т. д.

И все же в нашем изложении мы используем описание электронных схем в терминах дискретных функциональных элементов, которые представляют собой микросхемы, но не сверхбольшие (СБИС), а обычные, традиционные аналоговые микросхемы. До сих пор может оказаться актуальным изготовление простейшего функционального узла именно на таких микросхемах. Этот инструментарий с позиции учебного материала бесценен, потому что только на нем можно не только понять, как работает то или иное электронное изделие, но и изготовить его своими руками, отладить и добиться, чтобы оно осуществляло все требуемые операции. Этот инструментарий и по сегодняшний день актуален если не для окончательного создания СУЛИ, то, по меньшей мере, для прототипирования.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >