Задачи схемотехники
Схемотехника, наряду с конструированием и технологиями решает задачи создания электронной аппаратуры.
1. Основные требования к аппаратуре:
-функциональные
-конструктивно-технологические
-эксплуатационные
-экономические
Требования формулируются в ТЗ, согласовываются с Заказчиком, подтверждаются в ходе испытаний.
Соблюдение требований обеспечивает высокий уровень аппаратуры и ее конкурентоспособность.
1.1. Функциональные требования
Определяют возможности обработки, хранения и передачи информации:
-быстродействие
-емкость ЗУ и накопителей
-эффективность системного и прикладного ПО
-типы интерфейсов
-способы управления
1.2. Конструктивно-технологические требования
Определяют конструктивное исполнение и требования к технологиям производства:
-вид компоновки
-габариты и масса
-мощность потребления
-способ охлаждения
-способ герметизации
-способ виброзащиты
-плотность компоновки печатных узлов
-количество и габариты печатных узлов
МИЭМ НИУ ВШЭ. Сафонов С.Н.
Задачи схемотехники
1.3 Эксплуатационные требования
Определяют режимы эксплуатации и допускаемые внешние воздействия:
-наработка на отказ (надежность)
-ресурс
-требования к техническому обслуживанию
-ремонтопригодность
-допускаемые механические воздействия
-допускаемые климатические воздействия
-допускаемые электромагнитные воздействия
-допускаемые радиационные воздействия
1.4 Экономические требования
Определяют затраты на разработку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию аппаратуры. Влияют на эффективность аппаратуры и ее конкурентоспособность.
МИЭМ НИУ ВШЭ. Сафонов С.Н.
Тенденции развития схемотехники
•Совершенствование способов обработки информации
•Развитие элементной базы
•Совершенствование методов конструирования
•Совершенствование технологической базы
Для развития схемотехники необходимы новые научные результаты, наукоемкие технологии и инновационные производства.
МИЭМ НИУ ВШЭ. Сафонов С.Н.
Совершенствование способов обработки, хранения и
передачи информации
1 Аналоговая схемотехника
Аналоговые сигналы являются непрерывными м существуют в любой момент времени. Все процессы в природе на макроуровне имеют аналоговый характер.
Способы обработки аналоговых сигналов:
- усиление
- перенос спектра (модуляция/демодуляция)
-фильтрация
-ограничение импульсных помех
-компрессия/декомпрессия
Преимущества: относительно простая аппаратура.
Недостатки: большие потери информации при ее обработке, сложность хранения информации.
Помехи наложены на сигнал, их невозможно полностью разделить.
Причины потерь информации:
-внутренние шумы аппаратуры
-внутренние помехи
-малая устойчивость к внешним помехам
-дрейф параметров (изменения температуры, напряжения питания, старение элементов)
МИЭМ НИУ ВШЭ. Сафонов С.Н.
Совершенствование способов обработки, хранения и
передачи информации
2 Импульсная схемотехника
Аналоговые сигналы заменяются на импульсные в наименее защищенных элементах системы (каналах передачи сигналов).
Используются следующие виды модуляции:
-амплитудно-импульсная (АИМ)
-время-импульсная (ВИМ)
-широтно-импульсная (ШИМ).
Улучшение помехоустойчивости и пропускной способности каналов достигается за счет открытия канала на ограниченное время. В промежутке между импульсами система нечувствительна к помехам. Кроме того, при ШИМ выполняется ограничение амплитуды импульсов, искаженных помехами.
3 Цифровая схемотехника
В технических системах аналоговые входные сигналы кодируются с помощью АЦП. Обработка, хранение и передача информации выполняется в цифровой форме (в виде кодов). Используются различные виды кодирования. Преобразования кодов происходит без потерь информации.
Информация может обрабатываться в реальном масштабе времени (в потоке) или в виде файлов.
Принципиальное улучшение помехозащищенности и пропускной способности объясняется тем, что цифровые элементы имеют пороговую передаточную характеристику, кроме того, обладают формирующими свойствами. Каждый элемент «улучшает» сигнал.
МИЭМ НИУ ВШЭ. Сафонов С.Н.
Информация о «0» и «1» передается дискетными уровнями в известные моменты времени (синхронизация). Таким образом, цифровая система малочувствительна к искажениям амплитуд импульсов и неопределенности моментов их поступления.
Дискретизация и квантование сигналов
Дискретизация – это преобразование непрерывной величины в прерывистую во времени величину, то есть в такую, значения которой отличаются от нуля и совпадают с непрерывной величиной только в определенные моменты времени.
Квантование – это преобразование непрерывной величины, имеющей бесконечное число значений, в величину, которая может принимать определенное, конечное число значений.
В результате квантования возникает методическая погрешность преобразования сигнала. Однако, эта погрешность при проектировании системы может быть сведена до допустимого значения.
Понятие о спектре сигнала
Сигналы могут быть представлены двумя способами:
-функцией времени;
-спектром, в частотной области.
Для описания сигнала спектром его временную функцию подвергают преобразованию Лапласа. В результате получают ряд Фурье.
Спектром сигнала называется совокупность его гармонических составляющих, образующих ряд Фурье.
Спектр состоит из гармоник (гармонических колебаний), частоты которых кратны первой гармонике
МИЭМ НИУ ВШЭ. Сафонов С.Н.