Учебное пособие 800549

fn (xn ) ln p(xn / yn ),

где p(xn / yn ) - условное распределение входного сим-

вола данных n при значении xn, обозначенных символом выход-

функции правдоподобия (LLR) входных символьных данных n при значении xn против значения 0.

В этих обозначениях максимальная вероятность декодирования может быть сформулирована как задача оптимизации с ограничениями [1,2],

Допустим Х будет множество всех переменных. Учитывая m ограничения, будет .Hm xT 0, пусть Хm – подмноже-

ство всех переменных, соответствующих ненулевым элементам в Нm, т.е. Xm xn | hmn 0 .

fXm (Xm) называется функцией ограничения, представ-

ляющей m-ое ограничение. Использование функций ограничений, проблему декодирования (1) можно переформулировать как безусловную комбинаторную задачу оптимизации следующей целевой функцией,

Обобщенный алгоритм min-sum для LDPC на GF (q).

131

L(mnk) (xn ) - это логарифмическое отношение правдоподо-

бия того, что проверка узла m выполняется, когда входной символ n фиксирован на значение 0 в сравнении с значением хn и другие символы являются независимыми от коэффициента логарифмического отношения правдоподобия

Псевдо-код обобщенного алгоритма декодирования minsum LDPC кода для GF(Q) задается следующим образом.

Инициализация. Для n=1, 2, ….,N и m=1, 2,..., M,

Zmn(0) (xn ) fn (xn ).

Итерация (k=1,2,3, …)

1) Горизонтальное сканирование

Рассчитывается L(mnk) (xn ), для каждого xn GF(q),

hmn'xn' 0, n' N(m)

3) Декодирование Для каждого символа рассчитывается его апостериорное

логарифмическое отношение правдоподобия (LLR)

132

m M(n)

Затем оценивается оригинальное кодовое слово xˆ(k) ,

xˆn(k) argmin Zn(k) (xn ), для n=1,2, … ,N

xn

Если H xˆ(k) T 0 или число итераций превышает не-

которое значение, итерация останавливается и выход xˆ(k) как декодируемое кодовое слово.

В приведенном выше алгоритме Zmn(k) (0) Zmn(k) (xn ) апо-

стериорное LLR для значения xn в итерации k.

Одним из возможных способов повысить производительность обобщенного алгоритма min-sum изменить уравнение

(4) и уравнение (5) в виде

где αk является масштабированной постоянной при итерации k, удовлетворяющая 0< αk<1. С учетом этих изменений, алгоритм декодирования называется нормализованным алго-

ритмом min-sum.

Другой возможный способ повысить производительность - изменить уравнения (4) и (5) как

m M(n)

где βk – изменение динамической постоянной в проходе алгоритма k, входящее в условие βk >0. При данном упрощении, алгоритм декодирования следует обозначать как (offset) minsum. Для возможности увеличения силы декодирования, коэффициент масштабирования αk или постоянной смещение βk могут быть определены экспериментально или методом развития плотности.

133

Эта проблема решается с помощью двух проверок. Первая – это так называемая левосторонняя проверка. Вторая имеет обратный порядок, от хN до х1, так называемый правосторонняя проверка. Каждая проверка имеет N-1 шагов, шаг n=1,2,…,N-1. Рассмотрим левостороннюю проверку. Правосторонняя проверка может быть получена просто меняя порядок переменных [3].

Для левосторонней проверки на этапе n, используем переменную sn, sn GF(q), чтобы представить результат в следующем суммировании

n

sn hmn' xn' . n' 1

Кроме того, зададим действительное значение rnL (sn )

для каждого состояния sn, которое хранит результат следующей условной задачи оптимизации,

где индекс «L» означает левостороннюю проверку. Когда n=1, r1L (s1 ), инициализируется как

r1L (s1 ) g1 hm11s1 .

rnR (sn )

rNR (sN ) gN hm1,N sN .

Рассчитаем rnR (sn ), для n=N-1, N-2,…, 2 следующим

134

Можем получить результат минимизации для (6) rnL (sn )

и rnR (sn ) непосредственно. Для 1<n<N, имеем

Отношение (BER) поля Галуа GF(4) и GF(8)

135

Заключение. В данной работе был применен метод измененного программирования. При вертикальном сканировании исследуемого алгоритма стандарт IEEE 802.11n, при каждом проходе вычислительная сложность производимого декодирования составила O(Ndvq). При этом в случае горизонтального сканирования, та же вычислительная сложность - О(Mdvnmq), nm < q. Так же при имитационном моделировании было произведено сравнение алгоритма распространения доверия (BF) с часто применяемом в разных стандартах связи min-sum. При этом сравнении было выявлено, что при горизонтальном сканировании динамическое программирование дало 0,1 дБ ошибок. А это означает пригодность данного алгоритма на практике.

Литература

1.Астахов Н.В. Частотно-временной анализ нестационарных сигналов методами вейвлет-преобразования и оконного преобразования Фурье / Н.В. Астахов, А.В. Башкиров, О.Е. Журилова, О.Ю. Макаров // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 6 (8). С. 109-112.

2.Костюков А.С. Преимущества и недостатки LDPC кодов на примере алгоритма инвертирования бита и распространения доверия / А.С. Костюков, А.В. Башкиров, Л.Н. Никитин, А.А. Пирогов, Н.В. Астахов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2019. Т. 2. С. 120-124.

3.Астахов Н.В. Анализ структуры, декодирования и оптимизации гибридных недвоичных LDPC-кодов / Н.В. Астахов, А.В. Башкиров, А.В. Муратов, В.М. Питолин, М.В. Хорошайлова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2017. Т. 1. С. 355-359.

4.Муратов А.В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А.В. Муратов, О.Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2019. – С. 133.

Воронежский государственный технический университет

136

УДК 621.9

РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ ЗВУКА

А.Б. Антиликаторов, А.А. Жиряков, Н.А. Федосов

Двухтактный блок питания (push-pull) - это электрическое устройство, которое преобразует постоянный ток в постоянный ток преобразователя, работает как основной источник питания. В настоящей работе был разработан блок питания автомобильного усилителя звука класса АВ. В данной схеме были использованы активные и пассивные устройства, такие как диоды, транзисторы, конденсаторы, резисторы и т.д. В цепи задающей рабочую частоту устройства используется ШИМ-контроллер (Tl-494), чтобы в аудио тракте не было слышимых помех на выходе преобразователи используется фильтр. В результате данной работы был получен двухтактный преобразователь 12в ±36в со стабилизацией выходного напряжения. Основное питание будет поступать на входную цепь питания усилителя звука через батарею конденсаторов для снижения пульсирующих нагрузок.

Ключевые слова: двухтактный блок питания(push-pull), аудио усилитель, ШИМ-контроллер.

Введение

Источники питания аналоговых аудиоусилителей могут иметь слышимые помехи при прослушивании. Конструкции источников питания, которые работают от сети электропитания и не только, бывают двух распространенных типов: трансформаторные и импульсные источники питания стали очень популярными, импульсные БП широко используются в компьютерном оборудовании. Они хорошо подходят для такого использования, обеспечивая высокую эффективность при небольших физических размерах. Недостатком является коммутационная природа конструкции, которая создает электрические помехи на шинах питания. Малосигнальные аналоговые схемы более чувствительны к помехам в виде электромагнитных или электрических помех на линиях питания. Определенные классы усилителей, а именно класс G и класс H, намного проще реализовать с помощью импульсного блока питания, которые быстро реагируют на сигналы полной ширины полосы частот. Использование Им-

137

пульсных источников питания для звуковых цепей представляет дополнительные трудности при проектировании, чем при использовании их для не аудио цепей. Для усилителя мощности звука, источникам питания требуется высокая пропускная способность для хорошего звучания. Сложность и стоимость такой конструкции блока питания могут быть неприемлемыми. Для простоты, хорошей производительности и разумной стоимости трансформаторный источник питания является наиболее распространенным для усилителя звука. Состав: трансформатор, мостовой выпрямитель и конденсаторы. Недостатком Трансформаторного источника питания являются колебания напряжения в зависимости от нагрузки и колебаний питающей сети. При разработке Автомобильного усилителя звука невозможно использовать трансформаторный блок питания, так как бортовое напряжение автомобиля 12в – 14в. Был выбран импульсный блок питания с выходным напряжением +-36вольт.

Обзор конструкции

Импульсные источники питания необходимы в современных разработках. Они энергоэффективны и их применение доступно для каждой сферы. Импульсные блоки питания решают проблему рассеиваемой мощности и эффективности благодаря работе с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Однако при проектировании схемы импульсного источника питания существует множество факторов, и цена не должна быть единственным фактором, влияющим на выбор компонентов. Напряжение и номинальный ток, требуемые на выходе, являются наиболее очевидным фактором, который следует учитывать при проектировании. При подборе компонентов следует учитывать максимальную выходную мощность, которая может вам потребоваться и выбирать компоненты, которые смогут обеспечить ее запас для снижении нагрузки на устройство в предельных режимах работы.

Некоторые системы питаются от одного источника питания с определенным входным напряжением. Но в других случаях блок питания должен выдерживать широкий диапазон нагрузок, что свойственно для блока питания усилителя мощности. Все эти факторы только усиливаются при использовании

138

устройства в автомобиле, ведь там условия эксплуатации более жесткие, где компоненты блока питания должны выдерживать холодный запуск, постоянно меняющиеся температуры, вибрацию и не стабильное напряжение на входе. Импульсный источник питания должен справляться со всеми этими факторами и обеспечивать стабильный выходной сигнал.

В этой статье будет рассмотрена конструкция импульсного источника питания ± 36 В специально для автомобильных аудиоусилителей. Блок питания представляет собой конструкцию с подключением к бортовой сети автомобиля. В конструкции используются шим контроллер, полевые транзисторы, тороидальный трансформатор, дросселя, 2 диодных сборки и электролитические конденсаторы большой емкости для снижения пульсаций напряжения, подавления шума и для работы в качестве сильноточных резервуаров. Отличительной особенностью данной конструкции является наличие обратной связи, что позволяет полностью стабилизировать выходной напряжение и добиться высокого качества звучания и хорошей стабильности усилителя мощности.

Разработка

На рис. 1 показана полная схема конструкции блока пи-

тания.

Рис. 1. Схема блока питания

Основой конструкции является ШИМ-контроллер Tl494.Двухтактный преобразователь(push-pull) представляет собой преобразователь из постоянного тока в постоянный ток преобразователя. Отличительной особенностью двухтактного преоб-

139

разователя является то, что на первичную обмотку трансформатора подается ток от входной линии парами транзисторов в симметричной двухтактной цепи. Транзисторы попеременно включаются и выключаются, периодически меняя ток в трансформаторе. Следовательно, ток берется из линии в течение обеих половин цикла переключения. Это контрастирует с преобразователями Buck-Boost, в котором входной ток подается одним транзистором, который включается и выключается, поэтому ток берется только из линии в течение половины цикла переключения. В течение другой половины выходная мощность обеспечивается энергией, запасенной в катушках индуктивности или конденсаторах в источнике питания. Двухтактные преобразователи имеют более стабильный входной ток, создают меньше шума на входной линии и более эффективны в устройствах с более высокой мощностью.

Схема представленная на рисунке 1 была промоделирована в программе Multisim, где показала хорошие результаты и полное функционирование стабилизации выходного напряжения.

Разработка печатной платы производится в программе Altium Designer. Самым первым этапом является создание схемы устройства для дальнейшего импорта в РСВ проект. Расставляем все элементы на рабочем поле. Вход и выход следует расположить в разных краях платы для минимизации помех на бортовую сеть автомобиля. Компоновка осуществляется таким образом, чтобы была возможна трассировки платы Расставленные элементы представлены на рис. 2.

Рис. 2. Элементы блока питания

140