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前端設(shè)計論文:有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)前端機(jī)房的設(shè)計與實現(xiàn)

有線電視前端機(jī)房的技術(shù)維護(hù) 1.有線電視前端機(jī)房的設(shè)備要求不斷進(jìn)行技術(shù)維護(hù) 有線電視網(wǎng)絡(luò)的開通,不斷需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)支持,更重要的要想保障有線電視的準(zhǔn)點、安全品質(zhì)播放,就必須依賴前端機(jī)房的技術(shù)維護(hù)。在技術(shù)維護(hù)的過程中,首先要確保有線電視前端機(jī)房要達(dá)到

設(shè)備要求的標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)員要對機(jī)房中的機(jī)器定期進(jìn)行檢測和維護(hù),還要對調(diào)制器進(jìn)行定期的檢測維護(hù)。技術(shù)員既要保障正確調(diào)節(jié)視頻信號,還要經(jīng)常注意調(diào)制器視頻的工作狀態(tài),要確保將調(diào)制器調(diào)到圖像清晰的臨界狀態(tài)。同時,技術(shù)員還要關(guān)注射頻輸出電平的調(diào)節(jié),確保整個系統(tǒng)的信號質(zhì)量;關(guān)注對接口的處理,及時擰緊接口,確保機(jī)房許多頻段的高頻信號不會受到外界高頻電波的影響。

2.有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸前端機(jī)房環(huán)境要求

隨著信息時代的到來,有線電視已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶。為保障群眾能夠收看到品質(zhì)的電視節(jié)目,技術(shù)人員就要確保前端機(jī)房設(shè)備能夠正常運(yùn)行。因此,技術(shù)人員要經(jīng)常檢查機(jī)房環(huán)境是否已經(jīng)達(dá)到了要求。首先,機(jī)房中的溫度和濕度必須滿足計算機(jī)設(shè)備的要求。另外,在機(jī)房內(nèi)要注意將塵埃粒徑限定在機(jī)器要求之內(nèi),對于計算機(jī)機(jī)房的照明要嚴(yán)格參照機(jī)房照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,確保技術(shù)夾層的照明和大面積照明場所的燈具都能夠達(dá)到技術(shù)要求。而對于機(jī)房中的電磁干擾以及噪音和振動的要求也要限定在機(jī)房設(shè)備所能承受的頻率之內(nèi)。只有這樣,才能確保有線電視網(wǎng)絡(luò)的有效傳輸。

3.有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)前端機(jī)房設(shè)備的更新?lián)Q代

隨著有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)用戶的增多,對于前端機(jī)房設(shè)備也不斷提出新的要求。因此,縣城有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)房要不斷更新設(shè)備,確保能夠滿足不斷增長的百姓對網(wǎng)絡(luò)傳輸信號的需要。

4.有線電視機(jī)房的改造

先進(jìn)的有線電視系統(tǒng)匯集了當(dāng)今電子技術(shù)許多領(lǐng)域的新成就,形成了光纖/電纜混合傳輸?shù)挠芯€電視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的帶寬逐步擴(kuò)容,對機(jī)房的要求也越來越高。因此,縣城有線電視網(wǎng)絡(luò)中心要重視機(jī)房的發(fā)展建設(shè),逐步淘汰已經(jīng)老化的設(shè)備,更新設(shè)備,提高信號質(zhì)量,降低故障率。在對前端機(jī)房進(jìn)行改造的過程中,要能遵循安全、舒適實用、節(jié)能高效以及具有可擴(kuò)充性的原則進(jìn)行機(jī)房的改造。在機(jī)房改造的過程中,要確保技術(shù)和設(shè)備能夠適應(yīng)數(shù)字電視業(yè)務(wù)的發(fā)展以及有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸中對技術(shù)升級的需要。選擇的設(shè)備要具有智能化、可管理的功能,方便實時監(jiān)控,確保機(jī)房能夠順利運(yùn)行。另外,對于設(shè)備,要確保技術(shù)人員能夠定位解決故障,還要在現(xiàn)有的機(jī)房設(shè)備中預(yù)留充分的擴(kuò)展空間,實現(xiàn)可分期性無縫對接。

對機(jī)房的配套工程建設(shè)也要確保安全,采用抗靜電活動地板。并實行內(nèi)部空間隔斷,對于動力配電系統(tǒng)以及地下線槽工程、接地系統(tǒng)等要確保安全,可以有效實現(xiàn)對機(jī)房的有效監(jiān)控。

有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸可以采用計算機(jī)輔助設(shè)計,確保機(jī)房軟件的正確進(jìn)行

1.計算機(jī)輔助設(shè)計的思路

有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)中有線電視的資源管理是源頭,通過有線電視網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)輔助設(shè)計可以幫助有線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)直接調(diào)用各種資源,使網(wǎng)絡(luò)傳輸自動化,可以較大限度地減少簡單重復(fù)的勞動。計算機(jī)輔助設(shè)計應(yīng)當(dāng)適當(dāng)引入CATV器材模板庫中的管理功能,通過選擇不同類型的器材符號,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計算,進(jìn)而方便進(jìn)行計算機(jī)的輔助設(shè)計。同時,有線電視輔助設(shè)計系統(tǒng)要借助計算機(jī)強(qiáng)大的編輯功能,引入邏輯原理圖的思想進(jìn)行圖形化編輯。

2.有線電視機(jī)房UPS的應(yīng)用

有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸中,現(xiàn)階段機(jī)房備用的供電電源系統(tǒng)有交流發(fā)電機(jī)、蓄電池逆變電源(ups)。技術(shù)人員要善于使用計算機(jī)進(jìn)行蓄電池逆變電源供電系統(tǒng)的監(jiān)控,確保有線電視機(jī)房能夠不間斷地轉(zhuǎn)播電視節(jié)目,并能提供安全的UPS供電系統(tǒng)。

3.有線電視寬帶網(wǎng)機(jī)房的防雷

(1)NGB模式下基于SDH/OTN的有線電視前端

隨著有線電視機(jī)房設(shè)備的不斷更新,結(jié)合新一代廣播電視網(wǎng)核心技術(shù)的要求,有線電視前端機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境架構(gòu)也出現(xiàn)了一定的變化。在NGB模式下搭建的新一代智能光網(wǎng)絡(luò)平臺的關(guān)鍵技術(shù),已經(jīng)為縣城有線電視網(wǎng)絡(luò)提供了更好的機(jī)房平臺的創(chuàng)設(shè),保障了有線電視節(jié)目的暢通。

(2)有線電視寬帶網(wǎng)機(jī)房要確保安全,首先要注意防雷

隨著有線電視的普及,有線電視網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)房安全問題已經(jīng)成為技術(shù)人員首先要考慮的重點問題。在這種情況下,有線電視網(wǎng)絡(luò)前端機(jī)房的防雷問題已經(jīng)引起技術(shù)人員的足夠重視。在雷雨天氣,如果有線電視網(wǎng)絡(luò)的機(jī)房沒有做好防雷措施,那么強(qiáng)大的直擊雷、感應(yīng)雷以及雷電侵入波會侵害機(jī)房,造成機(jī)房設(shè)備癱瘓。要想避免機(jī)房遭受雷擊,不但要在機(jī)房外部做好防雷系統(tǒng),還要在機(jī)房所在建筑物配電所的變壓器低壓側(cè)裝好避雷針。而在機(jī)房內(nèi)的設(shè)備要采用單點接地方式實現(xiàn)防雷地不共線,在內(nèi)部進(jìn)行電源防雷和信號防雷。對有線電視光纖寬帶骨干網(wǎng)的中心機(jī)房,也要采取機(jī)房接地和電源防雷、信號防雷有效防止雷擊

。另外,對進(jìn)入工作站內(nèi)部的防雷設(shè)施,要做好接地工作,確保有線電視寬帶網(wǎng)機(jī)房不會遭受雷擊。

有線電視機(jī)房要加強(qiáng)管理,確保機(jī)房正常工作

1.要加大機(jī)房管理制度

縣城的有線電視機(jī)房直接關(guān)系著整個縣城的有線電視是否能夠正常收看電視節(jié)目,因此,加強(qiáng)有線電視機(jī)房的管理制度是重中之重。首先機(jī)房要制定相應(yīng)的機(jī)房管理制度,確保維護(hù)人員能夠切實遵守安全制度,在維護(hù)、測試、搬運(yùn)、故障排查以及處理等方面能夠嚴(yán)格按照機(jī)房管理制度進(jìn)行執(zhí)行,確保不會造成技術(shù)人員發(fā)生意外以及系統(tǒng)故障。

2.嚴(yán)肅機(jī)房值班,確保機(jī)房二十四小時值班

盡管機(jī)房已經(jīng)進(jìn)入自動化時代,但是仍然有不可避免的故障發(fā)生。因此,縣城有線電視網(wǎng)絡(luò)前端的機(jī)房要嚴(yán)格執(zhí)行24小時值班制度,對故障隱患及時進(jìn)行排查,并保障機(jī)房內(nèi)的內(nèi)線以及外線電話暢通無阻,在有線電視信號出現(xiàn)問題的時候,及時調(diào)整,確保有線電視信號的正常運(yùn)行。機(jī)房內(nèi)值班人員在遇到無法獨立解決的問題的時候,要盡快通知技術(shù)人員到崗進(jìn)行調(diào)試。

結(jié)語

總之,隨著全球數(shù)字化電視的發(fā)展,在大中城市乃至中小縣城有線電視已經(jīng)占據(jù)著較大的市場,有線電視發(fā)展的前景是非常可觀的。因此,加強(qiáng)有線電視網(wǎng)絡(luò)前端的機(jī)房設(shè)計,確保有線電視網(wǎng)絡(luò)信號能夠正常運(yùn)行,并加強(qiáng)機(jī)房管理,實現(xiàn)這種設(shè)計,是經(jīng)濟(jì)信息時代確保有線電視贏得廣大群眾喜愛的重要因素。有線電視網(wǎng)絡(luò)前端機(jī)房要加大有線電視網(wǎng)絡(luò)機(jī)房中的故障排除制度,使有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠更好地為百姓服務(wù)。

前端設(shè)計論文:低功耗模擬前端電路的設(shè)計

低功耗模擬前端電路設(shè)計超低功耗、高集成的模擬前端芯片MAX5865是針對便攜式通信設(shè)備例如手機(jī)、PDA、WLAN以及3G無線終端 而設(shè)計的,芯片內(nèi)部集成了雙路8位接收ADC和雙路10位發(fā)送DAC,可在40Msps轉(zhuǎn)換速率下提供超低功耗與更高的動態(tài)性能。芯片中的ADC模擬輸入放大器

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低功耗模擬前端電路設(shè)計

超低功耗、高集成的模擬前端芯片MAX5865是針對便攜式通信設(shè)備例如手機(jī)、PDA、WLAN以及3G無線終端 而設(shè)計的,芯片內(nèi)部集成了雙路8位接收ADC和雙路10位發(fā)送DAC,可在40Msps轉(zhuǎn)換速率下提供超低功耗與更高的動態(tài)性能。芯片中的ADC模擬輸入放大器為全差分結(jié)構(gòu),可以接受1VP-P滿量程信號;而DAC模擬輸出則是全差分信號,在1.4V共模電壓下的滿量程輸出范圍為400mV。利用兼容于SPITM和MICROWIRETM的3線串行接口可對工作模式進(jìn)行控制,并可進(jìn)行電源管理,同時可以選擇關(guān)斷、空閑、待機(jī)、發(fā)送、接收及收發(fā)模式。通過3線串口將器件配置為發(fā)送、接收或收發(fā)模式,可使MAX5865工作在FDD或TDD系統(tǒng)。在TDD模式下,接收與發(fā)送DAC可以共用數(shù)字總線,并可將數(shù)字I/O的數(shù)目減少到一組10位并行多路復(fù)用總線;而在FDD模式下,MAX5865的數(shù)字I/O可以被配置為18位并行多路復(fù)用總線,以滿足雙8位ADC與雙10位DAC的需要。

1 MAX5865的工作原理

圖1所示為MAX5865內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖,其中,ADC采用七級、全差分、流水線結(jié)構(gòu),可以在低功耗下進(jìn)行高速轉(zhuǎn)換。每半個時鐘周期對輸入信號進(jìn)行一次采樣。包括輸出鎖存延時在內(nèi),通道I的總延遲時間為5個時鐘周期,而通道Q則為5.5個時鐘周期,圖2給出了ADC時鐘、模擬輸入以及相應(yīng)輸出數(shù)據(jù)之間的時序關(guān)系。ADC的滿量程模擬輸入范圍為VREF,共模輸入范圍為VDD/2±0.2V。VREF為VREFP與VREFN之差。由于MAX5865中的ADC前端帶有寬帶T/H放大器,因此,ADC能夠跟蹤并采樣/保持高頻模擬輸入>奈魁斯特頻率 。使用時可以通過差分方式或單端方式驅(qū)動兩路ADC輸入IA+ QA+ IA-與QA- 。為了獲得性能,應(yīng)該使IA+與IA-以及QA+與QA-間的阻抗相匹配,并將共模電壓設(shè)定為電源電壓的一半VDD/2 。ADC數(shù)字邏輯輸出DA0~DA7的邏輯電平由OVDD決定,OVDD的取值范圍為1.8V至VDD,輸出編碼為偏移二進(jìn)制碼。數(shù)字輸出DA0~DA7的容性負(fù)載必須盡可能低

MAX5865的10位DAC可以工作在高達(dá)40MHz的時鐘速率下,兩路DAC的數(shù)字輸入DD0~DD9將復(fù)用10位總線。電壓基準(zhǔn)決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出。DAC采用電流陣列技術(shù),用1mA1.024V基準(zhǔn)下 滿量程輸出電流驅(qū)動400Ω內(nèi)部電阻可得到±400mV的滿量程差分輸出電壓。而采用差分輸出設(shè)計時,將模擬輸出偏置在1.4V共模電壓,則可驅(qū)動輸入阻抗大于70kΩ的差分輸入級,從而簡化RF正交上變頻器與模擬前端電路的接口。RF上變頻器需要1.3V至1.5V的共模偏壓,內(nèi)部直流共模偏壓在保持每個發(fā)送DAC整個動態(tài)范圍的同時可以省去分立的電平偏移設(shè)置電阻,而且不需要編碼發(fā)生器產(chǎn)生電平偏移。圖2(b)給出了時鐘、輸入數(shù)據(jù)與模擬輸出之間的時序關(guān)系。一般情況下,I通道數(shù)據(jù)ID 在時鐘信號的下降沿鎖存,Q通道數(shù)據(jù)QD 則在時鐘信號的上升沿鎖存。I與Q通道的輸出同時在時鐘信號的下一個上升沿被刷新。

3線串口可用來控制MAX5865的工作模式。上電時,首先必須通過編程使MAX5865工作在所希望的模式下。利用3線串口對器件編程可以使器件工作在關(guān)斷、空閑、待機(jī)、Rx、Tx或Xcvr模式下,同時可由一個8位數(shù)據(jù)寄存器來設(shè)置工作模式,并可在所有六種模式下使串口均保持有效。在關(guān)斷模式下,MAX5865的模擬電路均被關(guān)斷,ADC的數(shù)字輸出被置為三態(tài)模式,從而較大限度地降低了功耗;而空閑模式時,只有基準(zhǔn)與時鐘分配電路上電,所有其它功能電路均被關(guān)斷,ADC輸出被強(qiáng)制為高阻態(tài)。而在待機(jī)狀態(tài)下,只有ADC基準(zhǔn)上電,器件的其它功能電路均關(guān)斷,流水線ADC亦被關(guān)斷,DA0~DA7為高阻態(tài)。

圖2

2 MAX5865的典型應(yīng)用

MAX5865能以FDD或TDD模式工作在各種不同的應(yīng)用中如在WCDMA-3GPP FDD 與4G技術(shù)的FDD應(yīng)用中工作于Xcvr模式,或在TD-SCDMA、WCDMA-3GPPTDD 、IEEE802.11a/b/g及IEEE 802.16等TDD應(yīng)用中在Tx與Rx模式間切換等。在FDD模式下,ADC和DAC可同時工作,且當(dāng)fCLK 為 40MHz時,消耗的功率為75.6mW。實際上,ADC總線與DAC總線是分開的,并與數(shù)字基帶處理器通過18位(8位ADC與10位DAC)并行總線進(jìn)行連接。而在TDD模式下,ADC與DAC交替工作,ADC與DAC總線共享,它們一起構(gòu)成10位并行總線連到數(shù)字基帶處理器,并可通過3線串行接口選擇Rx模式以啟用ADC或選擇Tx模式啟用DAC。由于在Rx模式下,DAC內(nèi)核被禁用而不能發(fā)送;而Tx模式下,ADC總線為高阻態(tài),從而消除了雜散輻射,同時也避免總線沖突。在TDD模式下,當(dāng)fCLK為40MHz時,Rx模式下的功耗為63mW,Tx模式下的DAC功耗為38.4mW。

圖3所示是MAX5865工作在TDD模式的應(yīng)用電路,該方案提供了完整的802.11b射頻前端解決方案。由于MAX5865的DAC采用共模電壓為1.4V的全差分模擬輸出,而ADC具有較寬的輸入共模范圍,可以直接與RF收發(fā)器接口,因此可省去電平轉(zhuǎn)換電路所需要的分立元件和放大器。同時,由于內(nèi)部產(chǎn)生共模電壓免除了編碼發(fā)生器的電平偏移或由電阻電平偏移引起的衰減,DAC保持了全動態(tài)范圍。MAX5865的ADC具有1VP-P滿量程范圍,可接受VDD/2 ±200mV 的輸入共模電平。由于可以省去分立的增益放大器與電平轉(zhuǎn)換元件,因此簡化了RF正交解調(diào)器與ADC之間的模擬接口。

前端設(shè)計論文:低功耗模擬前端的電路設(shè)計

超低功耗、高集成的模擬前端芯片MAX5865是針對便攜式通信設(shè)備例如手機(jī)、PDA、WLAN以及3G無線終端 而設(shè)計的,芯片內(nèi)部集成了雙路8位接收ADC和雙路10位發(fā)送DAC,可在40Msps轉(zhuǎn)換速率下提供超低功耗與更高的動態(tài)性能。芯片中的ADC模擬輸入放大器為全差分結(jié)構(gòu),可以接受1VP-P滿量程信號;而DAC模擬輸出則是全差分信號,在1.4V共模電壓下的滿量程輸出范圍為400mV。利用兼容于SPITM和MICROWIRETM的3線串行接口可對工作模式進(jìn)行控制,并可進(jìn)行電源管理,同時可以選擇關(guān)斷、空閑、待機(jī)、發(fā)送、接收及收發(fā)模式。通過3線串口將器件配置為發(fā)送、接收或收發(fā)模式,可使MAX5865工作在FDD或TDD系統(tǒng)。在TDD模式下,接收與發(fā)送DAC可以共用數(shù)字總線,并可將數(shù)字I/O的數(shù)目減少到一組10位并行多路復(fù)用總線;而在FDD模式下,MAX5865的數(shù)字I/O可以被配置為18位并行多路復(fù)用總線,以滿足雙8位ADC與雙10位DAC的需要。

1 MAX5865的工作原理

圖1所示為MAX5865內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖,其中,ADC采用七級、全差分、流水線結(jié)構(gòu),可以在低功耗下進(jìn)行高速轉(zhuǎn)換。每半個時鐘周期對輸入信號進(jìn)行一次采樣。包括輸出鎖存延時在內(nèi),通道I的總延遲時間為5個時鐘周期,而通道Q則為5.5個時鐘周期,圖2給出了ADC時鐘、模擬輸入以及相應(yīng)輸出數(shù)據(jù)之間的時序關(guān)系。ADC的滿量程模擬輸入范圍為VREF,共模輸入范圍為VDD/2±0.2V。VREF為VREFP與VREFN之差。由于MAX5865中的ADC前端帶有寬帶T/H放大器,因此,ADC能夠跟蹤并采樣/保持高頻模擬輸入>奈魁斯特頻率 。使用時可以通過差分方式或單端方式驅(qū)動兩路ADC輸入IA+ QA+ IA-與QA- 。為了獲得性能,應(yīng)該使IA+與IA-以及QA+與QA-間的阻抗相匹配,并將共模電壓設(shè)定為電源電壓的一半VDD/2 。ADC數(shù)字邏輯輸出DA0~DA7的邏輯電平由OVDD決定,OVDD的取值范圍為1.8V至VDD,輸出編碼為偏移二進(jìn)制碼。數(shù)字輸出DA0~DA7的容性負(fù)載必須盡可能低<15pF ,以避免大的數(shù)字電流反饋到MAX5865的模擬部分而降低系統(tǒng)的動態(tài)性能。通過數(shù)字輸出端的緩沖器可將其與大的容性負(fù)載相隔離。而在數(shù)字輸出端靠近MAX5865的地方串聯(lián)一個100Ω電阻,則有助于改善ADC性能。

MAX5865的10位DAC可以工作在高達(dá)40MHz的時鐘速率下,兩路DAC的數(shù)字輸入DD0~DD9將復(fù)用10位總線。電壓基準(zhǔn)決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出。DAC采用電流陣列技術(shù),用1mA1.024V基準(zhǔn)下 滿量程輸出電流驅(qū)動400Ω內(nèi)部電阻可得到±400mV的滿量程差分輸出電壓。而采用差分輸出設(shè)計時,將模擬輸出偏置在1.4V共模電壓,則可驅(qū)動輸入阻抗大于70kΩ的差分輸入級,從而簡化RF正交上變頻器與模擬前端電路的接口。RF上變頻器需要1.3V至1.5V的共模偏壓,內(nèi)部直流共模偏壓在保持每個發(fā)送DAC整個動態(tài)范圍的同時可以省去分立的電平偏移設(shè)置電阻,而且不需要編碼發(fā)生器產(chǎn)生電平偏移。圖2(b)給出了時鐘、輸入數(shù)據(jù)與模擬輸出之間的時序關(guān)系。一般情況下,I通道數(shù)據(jù)ID 在時鐘信號的下降沿鎖存,Q通道數(shù)據(jù)QD 則在時鐘信號的上升沿鎖存。I與Q通道的輸出同時在時鐘信號的下一個上升沿被刷新。

3線串口可用來控制MAX5865的工作模式。上電時,首先必須通過編程使MAX5865工作在所希望的模式下。利用3線串口對器件編程可以使器件工作在關(guān)斷、空閑、待機(jī)、Rx、Tx或Xcvr模式下,同時可由一個8位數(shù)據(jù)寄存器來設(shè)置工作模式,并可在所有六種模式下使串口均保持有效。在關(guān)斷模式下,MAX5865的模擬電路均被關(guān)斷,ADC的數(shù)字輸出被置為三態(tài)模式,從而較大限度地降低了功耗;而空閑模式時,只有基準(zhǔn)與時鐘分配電路上電,所有其它功能電路均被關(guān)斷,ADC輸出被強(qiáng)制為高阻態(tài)。而在待機(jī)狀態(tài)下,只有ADC基準(zhǔn)上電,器件的其它功能電路均關(guān)斷,流水線ADC亦被關(guān)斷,DA0~DA7為高阻態(tài)。

2 MAX5865的典型應(yīng)用

MAX5865能以FDD或TDD模式工作在各種不同的應(yīng)用中如在WCDMA-3GPP FDD 與4G技術(shù)的FDD應(yīng)用中工作于Xcvr模式,或在TD-SCDMA、WCDMA-3GPPTDD 、IEEE802.11a/b/g及IEEE 802.16等TDD應(yīng)用中在Tx與Rx模式間切換等。在FDD模式下,ADC和DAC可同時工作,且當(dāng)fCLK 為 40MHz時,消耗的功率為75.6mW。實際上,ADC總線與DAC總線是分開的,并與數(shù)字基帶處理器通過18位(8位ADC與10位DAC)并行總線進(jìn)行連接。而在TDD模式下,ADC與DAC交替工作,ADC與DAC總線共享,它們一起構(gòu)成10位并行總線連到數(shù)字基帶處理器,并可通過3線串行接口選擇Rx模式以啟用ADC或選擇Tx模式啟用DAC。由于在Rx模式下,DAC內(nèi)核被禁用而不能發(fā)送;而Tx模式下,ADC總線為高阻態(tài),從而消除了雜散輻射,同時也避免總線沖突。在TDD模式下,當(dāng)fCLK為40MHz時,Rx模式下的功耗為63mW,Tx模式下的DAC功耗為38.4mW。

圖3所示是MAX5865工作在TDD模式的應(yīng)用電路,該方案提供了完整的802.11b射頻前端解決方案。由于MAX5865的DAC采用共模電壓為1.4V的全差分模擬輸出,而ADC具有較寬的輸入共模范圍,可以直接與RF收發(fā)器接口,因此可省去電平轉(zhuǎn)換電路所需要的分立元件和放大器。同時,由于內(nèi)部產(chǎn)生共模電壓免除了編碼發(fā)生器的電平偏移或由電阻電平偏移引起的衰減,DAC保持了全動態(tài)范圍。MAX5865的ADC具有1VP-P滿量程范圍,可接受VDD/2 ±200mV 的輸入共模電平。由于可以省去分立的增益放大器與電平轉(zhuǎn)換元件,因此簡化了RF正交解調(diào)器與ADC之間的模擬接口。

3 設(shè)計注意事項

3.1 系統(tǒng)時鐘輸入(CLK)

MAX5865芯片的ADC與DAC共享同一CLK輸入,該輸入接受由OVDD設(shè)定的CMOS兼容信號電平,范圍為1.8V至VDD。由于器件的級間轉(zhuǎn)換取決于外部時鐘上升沿和下降沿的重復(fù)性,因此,設(shè)計時應(yīng)采用具有低抖動、快速上升和下降(<2ns)的時鐘。特別是在時鐘信號的上升沿進(jìn)行采樣時,其上升沿的抖動更應(yīng)盡可能地低。任何明顯的時鐘抖動都會影響片上ADC的SNR性能。

實際上,欠采樣應(yīng)用對時鐘抖動的要求更嚴(yán)格,由于此時有可能將時鐘輸入作為模擬輸入對待,因此,布線時應(yīng)避開任何模擬輸入或其它數(shù)字信號線。MAX5865的時鐘輸入工作在OVDD/2電壓閾值下,能接受50%±15%的占空比。

3.2 基準(zhǔn)配置

MAX5865內(nèi)部具有精密的1.024V內(nèi)部帶隙基準(zhǔn),該基準(zhǔn)可在整個電源供電范圍與溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。在內(nèi)部基準(zhǔn)模式下,REFIN接VDD時的VREF是由內(nèi)部產(chǎn)生的0.512V。COM、REFP、REFN均為低阻輸出,電壓分別為VCOM=VDD/2、VREFP=VDD/2+VREF/2、VREFN=VDD/2-VREF/2。分別用0.33μF電容作為REFP、REFN與COM引腳的旁路電容,并用0.1μF電容將REFIN旁路到GND。

在外部基準(zhǔn)模式下,在REFIN引腳一般應(yīng)施加1.024V±10%的電壓。該模式下,COM、REFP與REFN均為低阻輸出,電壓分別為VCOM=VDD/2、VREFP=VDD/2+VREF/4、VREFN=VDD/2-VREF/4。可分別用0.33μF電容作為REFP、REFN與COM引腳的旁路電容,并用0.1μF電容將REFIN旁路到GND。在該模式下,DAC的滿量程輸出電壓和共模電壓均與外部基準(zhǔn)成正比。例如,若VREFIN增加10%(

較大值),則DAC的滿量程輸出電壓也增加10%或達(dá)到±440mV,同時共模電壓也將增加10%。 3.3 輸入/輸出耦合電路

通常,MAX5865在全差分輸入信號下可提供比單端信號更好的SFDR與THD性能,尤其是在高輸入頻率的情況下。在差分模式下,當(dāng)輸入IA+、I-A-、QA+、QA- 對稱時,偶次諧波會更低,并且每路ADC輸入僅需要單端模式信號擺幅的一半。而通過非平衡變壓器可為單端信號源至全差分信號的轉(zhuǎn)換提供出色的解決方案,并可獲得極佳的ADC性能。當(dāng)然,在沒有非平衡變壓器的情況下,也可以使用運(yùn)放來驅(qū)動MAX5865的ADC,此時,MAXIM公司的MAX4353/MAX4454等運(yùn)放便可提供高速、帶寬、低噪聲與低失真性能,以保持輸入信號的完整性。

3.4 線路板布線

MAX5865需要采用高速電路布線設(shè)計技術(shù),電路布局可以參考MAX5865評估板數(shù)據(jù)資料。所有旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件安裝,并與器件位于電路板的同側(cè),同時應(yīng)該選用表貼器件以減小電感。可用0.1μF陶瓷電容與2.2μF電容并聯(lián),以將VDD旁路到GND;也可用0.1μF陶瓷電容與2.2μF電容并聯(lián)將OVDD旁路到OGND;同時分別用0.33μF陶瓷電容將REFP、REFN與COM旁路到GND;而用0.1μF電容將REFIN旁路到GND。

通過具有獨立地平面與電源平面層的多層板可以獲得的信號完整性。模擬地(GND)與數(shù)字輸出驅(qū)動地(OGND)應(yīng)采用獨立的地平面,并分別與器件封裝上的物理位置相匹配,MAX5865裸露的背面焊盤接到GND平面,兩個地平面應(yīng)單點相連,以使噪聲較大的數(shù)字地電流不會影響模擬地平面。兩個地平面之間空隙上的一點通常是單點共地的位置,可以用一個低阻值的表貼電阻(1Ω至5Ω)、磁珠或直接短路來完成該連接。如果該地平面與所有噪聲較大的數(shù)字系統(tǒng)地平面如后續(xù)輸出緩沖器或DSP地平面 充分隔離,也可以使所有接地引腳共享同一個地平面。此外,高速數(shù)字信號布線應(yīng)遠(yuǎn)離敏感的模擬信號布線,以確保模擬輸入與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器隔離,減小通道間的串?dāng)_。同時應(yīng)確保所有信號引線盡可能短,并應(yīng)避免90°轉(zhuǎn)角。

前端設(shè)計論文:一種為本體設(shè)計的動態(tài)可視前端插件程序研究

作者：常志超　陳曉輝　牛秦洲

摘 要：在生物系統(tǒng)中，本體(ontology)信息的顯示近幾十年中已經(jīng)成為一個關(guān)鍵的因素。然而在單一應(yīng)用程序中，在比較不同系統(tǒng)的發(fā)展前途時并不能通過一種合適的應(yīng)用程序得到肯定的回答。介紹的本體插件(ontoslug)是一種容易實現(xiàn)的并能滿足這種需要的應(yīng)用程序。在教室裝置和生物科學(xué)實驗中，本體插件已經(jīng)被開發(fā)利用了。?

關(guān)鍵詞：本體；動態(tài)可視化；圖形用戶界面(gui)；生物學(xué)? ?

本體(ontology)起源于哲學(xué)領(lǐng)域,是人類對自然界“存在論”的一種哲學(xué)觀點,它意味著知識和知曉。上世紀(jì)70-80年代信息科學(xué)特別是計算機(jī)科學(xué)開始了對自然世界認(rèn)知的形式化的表示,既是可被計算機(jī)表示,解釋和利用的知識的形式化的研究-即本體。國外的華人生物信息學(xué)家稱為語義(學(xué))。近幾十年中，本體的研究已經(jīng)延伸到生物學(xué)領(lǐng)域。本體的目標(biāo)是獲取相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)共同理解,確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的詞匯,并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯和詞匯之間相互關(guān)系的明確定義。本體的種類,依照領(lǐng)域依賴程度，可以細(xì)分為頂層本體、領(lǐng)域本體、任務(wù)本體和應(yīng)用本體四類。頂層本體描述的是最普遍的概念及概念之間的關(guān)系，如空間、時間、事件、行為等等，與具體的應(yīng)用無關(guān)，其他種類的本體都是該類本體的特例；領(lǐng)域本體描述的是某個特定領(lǐng)域(如醫(yī)藥、地理等)中的概念及概念之間的關(guān)系；任務(wù)本體描述的是特定任務(wù)或行為中的概念及概念之間的關(guān)系；計算機(jī)研究主要著重于領(lǐng)域本體，因為領(lǐng)域本體是結(jié)構(gòu)化的領(lǐng)域知識,并可以被計算機(jī)解釋和利用。領(lǐng)域本體對生物,醫(yī)學(xué)信息的研究變得越來越重要。?

1 開發(fā)背景介紹?

目前，在遺傳學(xué)與蛋白組學(xué)中，科學(xué)處理的進(jìn)步已經(jīng)直接引發(fā)了對基因——蛋白質(zhì)的應(yīng)用及蛋白質(zhì)——蛋白質(zhì)內(nèi)部反應(yīng)數(shù)據(jù)庫(在樣本有機(jī)體間進(jìn)行比較的數(shù)據(jù)庫)需求的增加。本體論被用作標(biāo)準(zhǔn)化基因及蛋白質(zhì)的定義和命名及用于代表他們之間的關(guān)系。目前在改進(jìn)本體論的進(jìn)程中已經(jīng)證明動態(tài)可視的價值。相互作用網(wǎng)絡(luò)是我們理解這些系統(tǒng)關(guān)鍵，因為他們對復(fù)雜的過程進(jìn)行了提煉和可視化。一份完整的公開的本體片段使用普通的 xml文件來存儲信息。xml是一種載體語言，允許用戶定義自己的文件類型，允許用戶定義任意復(fù)雜的信息結(jié)構(gòu)，但是xml只具有語法性，它不能說明所定義的結(jié)構(gòu)的語義。大部分中心本體應(yīng)用程序能夠顯示與控制復(fù)雜的數(shù)據(jù)，但是缺少能夠用可視化信息輕易表示出不同系統(tǒng)與數(shù)據(jù)集發(fā)展前途的應(yīng)用程序。大多數(shù)的可用的應(yīng)用程序局限于特別的標(biāo)記格式而不是一種友好地集成的界面。這些各種各樣的因素導(dǎo)致了生物學(xué)領(lǐng)域被分成主要依靠數(shù)據(jù)可視化的領(lǐng)域和其他的并不經(jīng)常使用這些工具的更傳統(tǒng)的領(lǐng)域。?

2 本體插件程序(ontoslug)的使用和特點?

本體插件程序(ontoslug)可以被用來顯示和融合各種已存在的本體系統(tǒng)(圖1)。數(shù)據(jù)間的相互作用發(fā)生時主要通過圖形用戶界面(gui)中的四種主要概念來顯示關(guān)系：結(jié)點、連線、標(biāo)注和層。當(dāng)結(jié)點和連線不是新的概念時，在不同的系統(tǒng)之間動態(tài)連接的結(jié)點的特殊功能就使得系統(tǒng)之間的重疊更加緊湊而不丟失信息。在元素之間可變的相互作用的范疇產(chǎn)生了一個數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)可能在多路數(shù)據(jù)集中出現(xiàn))的快速的適應(yīng)性變化。這種需要保留數(shù)據(jù)集性的過程可能在輸入一個靜態(tài)輸入格式時被丟失。?

本軟件的主要使用方法:雙擊ontoslug.exe進(jìn)入程序，單擊出現(xiàn)主界面。在命令輸入屏上輸入所需要的指令，然后同時單擊shit——enter鍵，即可在圖形用戶界面上顯示數(shù)據(jù)結(jié)點及其關(guān)系等信息。同時如果需要還可以加載其他文件或過濾器，命令語法如下表(表1)，其中vat指結(jié)點，group指組名,type指類型名，3種類型包括：組，標(biāo)簽與個人屬性；個人屬性可以是任何通過指令預(yù)先添加的標(biāo)注。label指標(biāo)簽。?

舉例如下：當(dāng)在命令輸入屏上輸入以下所需要的指令：new_vat:a:group1 new_vat:b:group1 new_vat:a:group2 new_vat:b:group2 group_col:group1:909000 group_col:group2:900090 new_lingol:a:':b:example 1 new_lingol:a:':b:example2 new_lingol:a:?:a:example 3 new_lingol:b: ——-:b:example 4,該段程序顯示的是不同組中不同結(jié)點之間的關(guān)系，運(yùn)行即可看到如下圖(圖2)：?

用panel:on顯示所有元素的總表如下圖(圖3)：?

本體插件程序能夠讓用戶快速輸入來自各種數(shù)據(jù)源(數(shù)據(jù)源使用已存在的數(shù)據(jù)過濾器)或者通用的特制過濾器(可接受并列或重疊的數(shù)據(jù)結(jié)點)的數(shù)據(jù)信息。在操縱元素時需要很少或者不需要預(yù)先得到輸入輸出應(yīng)用程序系統(tǒng)或運(yùn)作的知識。為了方便結(jié)點的管理，表示不同元素的關(guān)系，圖形用戶界面應(yīng)運(yùn)而生了。?連接功能實現(xiàn)了不同數(shù)據(jù)集元素的可視化融合。它能夠在這個結(jié)點中被一個補(bǔ)充文件或人工地使用。連接結(jié)點的關(guān)聯(lián)適用于新的連接結(jié)點。從結(jié)合的結(jié)點分為單個結(jié)點時的分支也可能通過補(bǔ)充文件或人工的相互作用形成。標(biāo)記屬性實現(xiàn)從一個結(jié)點組向具有相同特征簇的轉(zhuǎn)變，而不是通過連接聯(lián)合在一起。標(biāo)簽組顯示的發(fā)生是伴隨著以下的過程的發(fā)生而發(fā)生的：褪色成一個更透明的有色陰影區(qū)，一次波動的加強(qiáng)顯示，一個改變顏色的方案。所有這些實現(xiàn)了一個簡單的區(qū)分，從而把不包括在該組的其他結(jié)點區(qū)分開來。層使完整的本體顯示繞過本體段，標(biāo)簽組，結(jié)點類型和連接類型。圖型的信息輸出是動態(tài)的：可以使信息的分布更簡單，同時在改變了相互作用以后能夠快速適應(yīng)而且不需要改變結(jié)點的分布。更進(jìn)一步的說，在本體插件程序中，高級搜索，比較，顯示和工具的功能和為一體，同時，結(jié)合通用巨指令的可能性將成為將來版本中不可缺少的組成部分。?

3 結(jié)語?

總的來說，本體插件程序使研究數(shù)據(jù)及思維過程輕而易舉的在共同研究者之間共享，同時動態(tài)的適應(yīng)業(yè)已存在的相互作用范例。當(dāng)向其他人介紹該應(yīng)用程序時，其方便簡單的數(shù)據(jù)顯示方式使本體插件在這種環(huán)境下非常有用。而且它容許獨立的規(guī)則溶入到內(nèi)部相互聯(lián)系的作用網(wǎng)絡(luò)中。本體插件程序根據(jù)特定的需求支持跨平臺的版本(mac或者linux)。

前端設(shè)計論文:低功耗模擬前端電路設(shè)計

作者：魏 智 來源：國外電子元器件

超低功耗、高集成的模擬前端芯片max5865是針對便攜式通信設(shè)備?例如手機(jī)、pda、wlan以及3g無線終端?而設(shè)計的，芯片內(nèi)部集成了雙路8位接收adc和雙路10位發(fā)送dac，可在40msps轉(zhuǎn)換速率下提供超低功耗與更高的動態(tài)性能。芯片中的adc模擬輸入放大器為全差分結(jié)構(gòu)，可以接受1vp－p滿量程信號；而dac模擬輸出則是全差分信號，在1．4v共模電壓下的滿量程輸出范圍為400mv。利用兼容于spitm和microwiretm的3線串行接口可對工作模式進(jìn)行控制，并可進(jìn)行電源管理，同時可以選擇關(guān)斷、空閑、待機(jī)、發(fā)送、接收及收發(fā)模式。通過3線串口將器件配置為發(fā)送、接收或收發(fā)模式，可使max5865工作在fdd或tdd系統(tǒng)。在tdd模式下，接收與發(fā)送dac可以共用數(shù)字總線，并可將數(shù)字i／o的數(shù)目減少到一組10位并行多路復(fù)用總線；而在fdd模式下，max5865的數(shù)字i／o可以被配置為18位并行多路復(fù)用總線，以滿足雙8位adc與雙10位dac的需要。

1 max5865的工作原理

圖1所示為max5865內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖，其中，adc采用七級、全差分、流水線結(jié)構(gòu)，可以在低功耗下進(jìn)行高速轉(zhuǎn)換。每半個時鐘周期對輸入信號進(jìn)行一次采樣。包括輸出鎖存延時在內(nèi)，通道i的總延遲時間為5個時鐘周期，而通道q則為5．5個時鐘周期，圖2給出了adc時鐘、模擬輸入以及相應(yīng)輸出數(shù)據(jù)之間的時序關(guān)系。adc的滿量程模擬輸入范圍為vref，共模輸入范圍為vdd／2±0．2v。vref為vrefp與vrefn之差。由于max5865中的adc前端帶有寬帶t／h放大器，因此，adc能夠跟蹤并采樣／保持高頻模擬輸入?＞奈魁斯特頻率?。使用時可以通過差分方式或單端方式驅(qū)動兩路adc輸入?ia＋? qa＋? ia－與qa－?。為了獲得性能，應(yīng)該使ia＋與ia－以及qa＋與qa－間的阻抗相匹配，并將共模電壓設(shè)定為電源電壓的一半?vdd／2?。adc數(shù)字邏輯輸出da0～da7的邏輯電平由ovdd決定，ovdd的取值范圍為1．8v至vdd，輸出編碼為偏移二進(jìn)制碼。數(shù)字輸出da0～da7的容性負(fù)載必須盡可能低?＜15pf?，以避免大的數(shù)字電流反饋到max5865的模擬部分而降低系統(tǒng)的動態(tài)性能。通過數(shù)字輸出端的緩沖器可將其與大的容性負(fù)載相隔離。而在數(shù)字輸出端靠近max5865的地方串聯(lián)一個100ω電阻，則有助于改善adc性能。

max5865的10位dac可以工作在高達(dá)40mhz的時鐘速率下，兩路dac的數(shù)字輸入dd0～dd9將復(fù)用10位總線。電壓基準(zhǔn)決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出。dac采用電流陣列技術(shù)，用1ma?1．024v基準(zhǔn)下?滿量程輸出電流驅(qū)動400ω內(nèi)部電阻可得到±400mv的滿量程差分輸出電壓。而采用差分輸出設(shè)計時，將模擬輸出偏置在1．4v共模電壓，則可驅(qū)動輸入阻抗大于70kω的差分輸入級，從而簡化rf正交上變頻器與模擬前端電路的接口。rf上變頻器需要1．3v至1．5v的共模偏壓，內(nèi)部直流共模偏壓在保持每個發(fā)送dac整個動態(tài)范圍的同時可以省去分立的電平偏移設(shè)置電阻，而且不需要編碼發(fā)生器產(chǎn)生電平偏移。圖2（b）給出了時鐘、輸入數(shù)據(jù)與模擬輸出之間的時序關(guān)系。一般情況下，i通道數(shù)據(jù)?id?在時鐘信號的下降沿鎖存，q通道數(shù)據(jù)?qd?則在時鐘信號的上升沿鎖存。i與q通道的輸出同時在時鐘信號的下一個上升沿被刷新。

3線串口可用來控制max5865的工作模式。上電時，首先必須通過編程使max5865工作在所希望的模式下。利用3線串口對器件編程可以使器件工作在關(guān)斷、空閑、待機(jī)、rx、tx或xcvr模式下，同時可由一個8位數(shù)據(jù)寄存器來設(shè)置工作模式，并可在所有六種模式下使串口均保持有效。在關(guān)斷模式下，max5865的模擬電路均被關(guān)斷，adc的數(shù)字輸出被置為三態(tài)模式，從而較大限度地降低了功耗；而空閑模式時，只有基準(zhǔn)與時鐘分配電路上電，所有其它功能電路均被關(guān)斷，adc輸出被強(qiáng)制為高阻態(tài)。而在待機(jī)狀態(tài)下，只有adc基準(zhǔn)上電，器件的其它功能電路均關(guān)斷，流水線adc亦被關(guān)斷，da0～da7為高阻態(tài)。

2 max5865的典型應(yīng)用

max5865能以fdd或tdd模式工作在各種不同的應(yīng)用中,如在wcdma－3gpp ?fdd?與4g技術(shù)的fdd應(yīng)用中工作于xcvr模式，或在td－scdma、wcdma－3gpp?tdd?、ieee802．11a／b／g及ieee 802．16等tdd應(yīng)用中在tx與rx模式間切換等。在fdd模式下，adc和dac可同時工作，且當(dāng)fclk 為 40mhz時，消耗的功率為75．6mw。實際上，adc總線與dac總線是分開的，并與數(shù)字基帶處理器通過18位（8位adc與10位dac）并行總線進(jìn)行連接。而在tdd模式下，adc與dac交替工作，adc與dac總線共享，它們一起構(gòu)成10位并行總線連到數(shù)字基帶處理器，并可通過3線串行接口選擇rx模式以啟用adc或選擇tx模式啟用dac。由于在rx模式下，dac內(nèi)核被禁用而不能發(fā)送；而tx模式下，adc總線為高阻態(tài)，從而消除了雜散輻射，同時也避免總線沖突。在tdd模式下，當(dāng)fclk為40mhz時，rx模式下的功耗為63mw，tx模式下的dac功耗為38．4mw。

圖3所示是max5865工作在tdd模式的應(yīng)用電路，該方案提供了完整的802．11b射頻前端解決方案。由于max5865的dac采用共模電壓為1．4v的全差分模擬輸出，而adc具有較寬的輸入共模范圍，可以直接與rf收發(fā)器接口，因此可省去電平轉(zhuǎn)換電路所需要的分立元件和放大器。同時，由于內(nèi)部產(chǎn)生共模電壓免除了編碼發(fā)生器的電平偏移或由電阻電平偏移引起的衰減，dac保持了全動態(tài)范圍。max5865的adc具有1vp－p滿量程范圍，可接受vdd／2 ?±200mv?的輸入共模電平。由于可以省去分立的增益放大器與電平轉(zhuǎn)換元件，因此簡化了rf正交解調(diào)器與adc之間的模擬接口。

3　設(shè)計注意事項

3．1 系統(tǒng)時鐘輸入(clk)

max5865芯片的adc與dac共享同一clk輸入，該輸入接受由ovdd設(shè)定的cmos兼容信號電平，范圍為1．8v至vdd。由于器件的級間轉(zhuǎn)換取決于外部時鐘上升沿和下降沿的重復(fù)性，因此，設(shè)計時應(yīng)采用具有低抖動、快速上升和下降（＜2ns）的時鐘。特別是在時鐘信號的上升沿進(jìn)行采樣時，其上升沿的抖動更應(yīng)盡可能地低。任何明顯的時鐘抖動都會影響片上adc的snr性能。

實際上，欠采樣應(yīng)用對時鐘抖動的要求更嚴(yán)格，由于此時有可能將時鐘輸入作為模擬輸入對待，因此，布線時應(yīng)避開任何模擬輸入或其它數(shù)字信號線。max5865的時鐘輸入工作在ovdd／2電壓閾值下，能接受50％±15％的占空比。

3．2 基準(zhǔn)配置

max5865內(nèi)部具有精密的1．024v內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)可在整個電源供電范圍與溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。在內(nèi)部基準(zhǔn)模式下，refin接vdd時的vref是由內(nèi)部產(chǎn)生的0．512v。com、refp、refn均為低阻輸出，電壓分別為vcom＝vdd／2、vrefp＝vdd／2＋vref／2、vrefn＝vdd／2－vref／2。分別用0．33μf電容作為refp、refn與com引腳的旁路電容，并用0．1μf電容將refin旁路到gnd。

在外部基準(zhǔn)模式下，在refin引腳一般應(yīng)施加1．024v±10％的電壓。該模式下，com、refp與refn均為低阻輸出，電壓分別為vcom＝vdd／2、vrefp＝vdd／2＋vref／4、vrefn＝vdd／2－vref／4。可分別用0．33μf電容作為refp、refn與com引腳的旁路電容，并用0．1μf電容將refin旁路到gnd。在該模式下，dac的滿量程輸出電壓和共模電壓均與外部基準(zhǔn)成正比。例如，若vrefin增加10％（較大值），則dac的滿量程輸出電壓也增加10％或達(dá)到±440mv，同時共模電壓也將增加10％。

3．3 輸入／輸出耦合電路

通常，max5865在全差分輸入信號下可提供比單端信號更好的sfdr與thd性能，尤其是在高輸入頻率的情況下。在差分模式下，當(dāng)輸入?ia＋、i-a－、qa＋、qa－?對稱時，偶次諧波會更低，并且每路adc輸入僅需要單端模式信號擺幅的一半。而通過非平衡變壓器可為單端信號源至全差分信號的轉(zhuǎn)換提供出色的解決方案，并可獲得極佳的adc性能。當(dāng)然，在沒有非平衡變壓器的情況下，也可以使用運(yùn)放來驅(qū)動max5865的adc，此時，maxim公司的max4353／max4454等運(yùn)放便可提供高速、帶寬、低噪聲與低失真性能，以保持輸入信號的完整性。

3．4 線路板布線

max5865需要采用高速電路布線設(shè)計技術(shù)，電路布局可以參考max5865評估板數(shù)據(jù)資料。所有旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件安裝，并與器件位于電路板的同側(cè)，同時應(yīng)該選用表貼器件以減小電感。可用0．1μf陶瓷電容與2．2μf電容并聯(lián)，以將vdd旁路到gnd；也可用0．1μf陶瓷電容與2．2μf電容并聯(lián)將ovdd旁路到ognd；同時分別用0．33μf陶瓷電容將refp、refn與com旁路到gnd；而用0．1μf電容將refin旁路到gnd。

通過具有獨立地平面與電源平面層的多層板可以獲得的信號完整性。模擬地(gnd)與數(shù)字輸出驅(qū)動地(ognd)應(yīng)采用獨立的地平面，并分別與器件封裝上的物理位置相匹配，max5865裸露的背面焊盤接到gnd平面，兩個地平面應(yīng)單點相連，以使噪聲較大的數(shù)字地電流不會影響模擬地平面。兩個地平面之間空隙上的一點通常是單點共地的位置，可以用一個低阻值的表貼電阻(1ω至5ω)、磁珠或直接短路來完成該連接。如果該地平面與所有噪聲較大的數(shù)字系統(tǒng)地平面?如后續(xù)輸出緩沖器或dsp地平面充分隔離，也可以使所有接地引腳共享同一個地平面。此外，高速數(shù)字信號布線應(yīng)遠(yuǎn)離敏感的模擬信號布線，以確保模擬輸入與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器隔離，減小通道間的串?dāng)_。同時應(yīng)確保所有信號引線盡可能短，并應(yīng)避免90°轉(zhuǎn)角。

前端設(shè)計論文:數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理的系統(tǒng)設(shè)計

摘要：當(dāng)前隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展及國家三網(wǎng)融合戰(zhàn)略實施，傳統(tǒng)廣播電視系統(tǒng)在不斷朝著網(wǎng)絡(luò)化以及智能化和數(shù)字化、集程化方向發(fā)展。因此，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行多方位、實時在線監(jiān)控具有重要意義。通常而言，主要通過SNMP這一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并采用Qt設(shè)計，使電視廣播等數(shù)字化系統(tǒng)集成于一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，以便于技術(shù)人員結(jié)合實際系統(tǒng)運(yùn)行情況，對我國數(shù)字電視前端系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視；前端；網(wǎng)絡(luò)管理；系統(tǒng)設(shè)計

本文在對我國有線電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化過程時，主要利用SNMP數(shù)據(jù)運(yùn)行協(xié)議，使網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)運(yùn)行更加簡單、安全、穩(wěn)定和容易擴(kuò)展，在設(shè)計過程中，Qt的信號/槽機(jī)制通過將槽注冊到信號這一設(shè)計方式，將二者有效綁定。因此，這一設(shè)計優(yōu)化方式更加靈活，而且通過多對多的關(guān)系，實現(xiàn)信號和槽的綁定，使其與我國網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的實施運(yùn)行模式相符。

1數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計

通常來講，數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計，對于廣播電視而言十分重要。因此，對其進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化更為關(guān)鍵，為了滿足網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對電視前端相關(guān)運(yùn)行設(shè)備的科學(xué)監(jiān)測這一需求，設(shè)計之前應(yīng)該首先對電視前端系統(tǒng)中的相關(guān)復(fù)用設(shè)備、編碼器和解碼器等基本運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行有效實時監(jiān)測分析，從而最終經(jīng)過科學(xué)設(shè)計與優(yōu)化，進(jìn)一步實現(xiàn)對電視前端相關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程管理。因此，本文在設(shè)計構(gòu)架中，主要采用C/S軟件設(shè)計構(gòu)架，通過集中式布置與優(yōu)化，從而科學(xué)設(shè)計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)，保障系統(tǒng)運(yùn)行中的相關(guān)功能邏輯清晰，盡可能防范技術(shù)性操作失誤對電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。在此設(shè)計優(yōu)化過程中，本文還主要采用了Qt這一數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)工具，使其面向?qū)ο螅瑥亩茖W(xué)制定一套完整的數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化方案。該設(shè)計方案主要考慮到我國數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理的實際需求和具體操作方式，因此將系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為三個不同的層次，分別為采集層以及數(shù)據(jù)存儲層和信息呈現(xiàn)層三個運(yùn)行組件模塊。而在每一層的運(yùn)行系統(tǒng)中，又通過不同的功能對不同數(shù)字電視前端設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理，由此構(gòu)建一個集成化與系統(tǒng)化、層次化和模塊化的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

2數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計思路分析

（1）通過采集層對數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備運(yùn)行時間及設(shè)備名稱、設(shè)備具體信息描述以及設(shè)備有關(guān)聯(lián)系人和具體的IP地址、設(shè)備的有關(guān)位置等基本的信息進(jìn)行管理，技術(shù)人員可以及時將系統(tǒng)采集到的信息日志存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，從而為其它網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)功能的實現(xiàn)奠定積極的基礎(chǔ)。（2）系統(tǒng)存儲層的主要設(shè)計功能是對數(shù)據(jù)采集層中的相關(guān)設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行科學(xué)預(yù)處理，從而確保數(shù)據(jù)信息存儲的完整性以及科學(xué)性，然后針對信息屬性進(jìn)行分類存儲。在這一層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)設(shè)備一旦出現(xiàn)運(yùn)行故障，則可以通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲的相關(guān)信息進(jìn)行追溯，采用歷史記錄進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷以及維護(hù)。除此之外，系統(tǒng)通過信息呈現(xiàn)層實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備相關(guān)信息的呈現(xiàn)以及用戶信息系統(tǒng)設(shè)備故障診斷報告等信息的直觀展示，從而保障技術(shù)人員可以通過信息展示情況對不同的系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化與配置。

3數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件系統(tǒng)功能模塊設(shè)計分析

3.1網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件登錄模塊

在這一運(yùn)行模塊首先需要對不同的用戶進(jìn)行權(quán)限限制，利用數(shù)據(jù)信息庫對相關(guān)用戶的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查找，然后將數(shù)據(jù)信息直接顯示到系統(tǒng)對話框中，對不同登錄用戶進(jìn)行科學(xué)選擇并輸入運(yùn)行密碼，使其與用戶信息進(jìn)行有效匹配，如果匹配成功則進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行主界面，從而實現(xiàn)對數(shù)字電視前端的相關(guān)運(yùn)行設(shè)備的科學(xué)管理。

3.2網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件功能實現(xiàn)模塊

3.2.1網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件用戶管理功能在對用戶管理模塊進(jìn)行分析設(shè)計時，首先需要進(jìn)入到用戶注冊單元，通過信息輸入，在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)信息查詢，如果用戶界面中顯示用戶反饋信息，則需要使用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新注冊管理，在用戶數(shù)據(jù)功能管理模塊，應(yīng)該通過信息查詢對用戶下拉列表中相關(guān)顯示信息進(jìn)行選擇，并輸入用戶密碼，從而結(jié)合信息的匹配情況進(jìn)行數(shù)據(jù)信息更改。3.2.2網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件設(shè)備添加功能設(shè)備添加功能的實現(xiàn)主要是通過在應(yīng)用程序主界面中展開添加觸發(fā)設(shè)備的相關(guān)操作，此時會彈出添加相關(guān)設(shè)備的對話框，技術(shù)人員可以將設(shè)備具體IP地址以及設(shè)備型號和類型及設(shè)備名稱輸入對話框中，對設(shè)備中的解碼器模塊以及編碼器模塊和通用設(shè)備模塊等多個不同的信息模塊進(jìn)行觸發(fā)操作，此時系統(tǒng)中會形成相應(yīng)的設(shè)備界面，并在工具箱中自動生成相應(yīng)的系統(tǒng)觸發(fā)按鈕，通過這些按鈕進(jìn)行相關(guān)操作，并將應(yīng)用程序打開，將系統(tǒng)自動讀取到的數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。3.2.3網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件故障報告功能在這一設(shè)計環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)人員主要通過在系統(tǒng)應(yīng)用程序界面中進(jìn)行故障報告功能選擇，從而進(jìn)入到系統(tǒng)設(shè)備故障分析界面中，在該運(yùn)行主界面，用戶可對不同設(shè)備進(jìn)行篩選及報警類別選擇和報警時間選擇，從而通過最快的信息查詢方式，獲取數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理所需信息，在數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計基礎(chǔ)上，展開科學(xué)決策，從而防止類似的故障再次出現(xiàn)，這一設(shè)計方式使網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性大大提升。

4結(jié)束語

綜上所述，隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行系統(tǒng)的不斷完善，對網(wǎng)絡(luò)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測管理非常重要。通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以對系統(tǒng)中的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實時、在線監(jiān)控，從而及時掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行情況，并針對其可能存在的具體故障進(jìn)行判斷分析，并展開科學(xué)化決策。因此，本文正是基于此背景，重點針對我國有線電視數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行理論進(jìn)行科學(xué)分析總結(jié)，從而基于Qt設(shè)計，實現(xiàn)對我國有線數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行集成化研究以及設(shè)計，在此基礎(chǔ)上，希望通過相關(guān)的研究設(shè)計進(jìn)一步深化網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在我國數(shù)字電視前端管理中的具體應(yīng)用。

作者：莫小威

前端設(shè)計論文:軟件無線電收發(fā)機(jī)前端設(shè)計方法

1是用可調(diào)的模塊替代以上結(jié)構(gòu)中被不同模式共享的硬件模塊

使其性能指標(biāo)根據(jù)特定應(yīng)用模式進(jìn)行調(diào)整，從而降低能耗。上面幾種收發(fā)機(jī)實現(xiàn)方案在系統(tǒng)設(shè)計方面都是沿用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，即系統(tǒng)的各項指標(biāo)是按最壞信道質(zhì)量的極端情況進(jìn)行設(shè)計的。如果能夠找出一種系統(tǒng)設(shè)計和電路實現(xiàn)的方法，根據(jù)特定的信道和電路PVT狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整CMOS電路的工作條件，使其性能恰好滿足要求，即收發(fā)機(jī)前端性能是對信道質(zhì)量和電路PVT是自適應(yīng)的，則收發(fā)機(jī)的功耗將是低的。

2軟件無線電收發(fā)前端設(shè)計思路

2.1應(yīng)用于軟件無線電收發(fā)機(jī)前端的動態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)

動態(tài)電壓調(diào)節(jié)是CMOS數(shù)字集成電路中重要的降低功耗的方法，如果能將這種技術(shù)用于射頻/模擬/混合信號電路，則在電路電流恒定的情況下，電路功耗隨電壓的下降線性減小。這項技術(shù)的成功應(yīng)用，將使電源電壓成為主動調(diào)節(jié)手段，而非被動的電路狀態(tài)條件，成為軟件無線電收發(fā)機(jī)前端的自適應(yīng)降低功耗的重要手段。

2.2性能優(yōu)化友好的功耗有意識軟件無線收發(fā)機(jī)前端設(shè)計方法

功耗有意識是指設(shè)計者在設(shè)計中采用的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)等，盡可能用較少的功耗實現(xiàn)所期望的電路功能和性能。同時，通過選擇合理電路結(jié)構(gòu)，使電路基底噪聲、線性度、增益、信號較大擺幅等性能的提高與電路中的功率損耗成正相關(guān)，這樣如果電路性能恰好滿足要求，則功耗能接近最小。功耗有意識的、性能優(yōu)化友好的射頻/模擬電路模塊設(shè)計方法的研究，不僅使模塊性能優(yōu)化更高效，而且可以使優(yōu)化擺脫手工作業(yè)、用算法實現(xiàn)，符合軟件無線電模塊化、通用化設(shè)計的思想，這是通向具有自適應(yīng)性的智能射頻前端的途徑。

2.3軟無線電收發(fā)前端系統(tǒng)功率動態(tài)優(yōu)化算法

動態(tài)優(yōu)化算法能夠根據(jù)信道質(zhì)量，實時地在線對各個模塊的性能按照一定的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)能夠恰好滿足性能要求，并且功耗接近最小。這套對模塊性能進(jìn)行調(diào)整的“規(guī)則”，即性能優(yōu)化算法，應(yīng)該對所有的不同通信標(biāo)準(zhǔn)、信道狀態(tài)、電路PVT狀態(tài)普遍適用。而系統(tǒng)需要滿足的性能要求可以是誤碼率，也可以是與其相關(guān)的參數(shù)，如誤差向量幅度。在不同通信模式下，系統(tǒng)性能期望達(dá)到的性能標(biāo)準(zhǔn)可能不同，而這可以作為算法中的可配置參數(shù)進(jìn)行傳遞。

3軟件無線電收發(fā)前段設(shè)計方案

由于工藝的不斷演進(jìn)，CMOS集成電路的規(guī)模和速度不斷提高，使復(fù)雜的信號處理功能得以在個人無線通信終端上實現(xiàn)。本項目擬利用數(shù)字信號處理技術(shù)，解決軟件無線電收發(fā)前端信道質(zhì)量自適應(yīng)問題，降低系統(tǒng)功耗。

3.1應(yīng)用于軟件無線電收發(fā)機(jī)前端的動態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)

對于接收機(jī)，本項目擬利用最小均方自適應(yīng)信號處理算法，在數(shù)字基帶對開關(guān)噪聲進(jìn)行抵消，如圖1所示。因為電源上的開關(guān)噪聲與開關(guān)電源中的時鐘信號正相關(guān)，本項目擬利用時鐘信號作為噪聲源參考信號，通過LMS自適應(yīng)噪聲算法，將接收到的信號中與其相關(guān)的部分消除。當(dāng)然，此方案如需奏效還有一定的前提條件，電源上的噪聲引入的乘法性的干擾可忽略，即前端電路的設(shè)計對有電源電壓變化有“友好性”。如果需要消除乘法性的干擾，也可能可以人為地對電源注入經(jīng)過自適應(yīng)濾波的開關(guān)時鐘信號，經(jīng)過LMS算法在基帶獲得最小能量時，可認(rèn)為噪聲消除最徹底。在包絡(luò)調(diào)制器的輸出端接開關(guān)頻率陷波器的方法濾除開關(guān)頻率，系統(tǒng)框圖如圖2所示。傳統(tǒng)的包絡(luò)調(diào)制器是針對特定的通信模式，開關(guān)頻率固定，因而濾波器的頻率特性也是固定的。而對于具有自適應(yīng)性的軟件無線電發(fā)射機(jī)，為達(dá)到效率，希望包絡(luò)調(diào)制器開關(guān)頻率可變，傳統(tǒng)的濾波方案則不能滿足要求。本項目擬利用時域離散信號在頻域隨采樣頻率周期延拓的特性，采用連續(xù)時間域與離散域濾波器混合的方式，實現(xiàn)自動跟蹤包絡(luò)調(diào)制器開關(guān)頻率的自適應(yīng)陷波濾波器圖3為擬采用的自適應(yīng)開關(guān)頻率陷波器結(jié)構(gòu)，其由高通濾波器與時間離散域的低通濾波器串聯(lián)而成，而離散域濾波器的開關(guān)時鐘是由開關(guān)型包絡(luò)調(diào)制器的開關(guān)時鐘產(chǎn)生的同頻時鐘。時域離散的濾波器在頻域隨采樣頻率周期延拓，因此連續(xù)時間域的低通特性時間離散化后變?yōu)樽詣痈欓_關(guān)頻率的陷波濾波器。為了保持包絡(luò)調(diào)制器輸出中直流附近的低頻信號，在陷波濾波器前引入高通濾波器，以隔絕低頻信號。

3.2軟無線電收發(fā)前端系統(tǒng)性能動態(tài)優(yōu)化算法

圖4軟件無線電收發(fā)機(jī)性能功耗動態(tài)優(yōu)化框圖本項目擬采用基帶信號解調(diào)后的誤差向量幅度（EVM）作為信號接收質(zhì)量的判斷標(biāo)準(zhǔn)，相比于誤碼率（BER），其可以通過一幀數(shù)據(jù)迅速地得到結(jié)果。軟件無線電收發(fā)前端信道質(zhì)量自適應(yīng)算法框圖如圖5所示，其中EVMmax是對于某個通信模式，要滿足通信質(zhì)量要求所能容忍的較大誤差向量幅度。該算法可以在通信是不斷循環(huán)調(diào)用，以保障實時性；也可以定時調(diào)用，以減小算法本身帶來的能耗。以上算法是建立在性能與功耗正相關(guān)的前提下，如果性能最恰好滿足要求，則功耗低。但實際情況下，不同調(diào)節(jié)方式對同一性能產(chǎn)生的相同的影響，但功耗卻不一定相同，因而需要考慮性能調(diào)節(jié)方式的功耗成本問題。

4結(jié)束語

在上述設(shè)計過程中，我們將動態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)應(yīng)用于軟件無線電收發(fā)機(jī)前端，利用極坐標(biāo)發(fā)射機(jī)包絡(luò)調(diào)制器使軟件無線電的多工作模式自適應(yīng)，設(shè)計出CMOS軟件無線電收發(fā)前端性能優(yōu)化友好的模塊化方法和對信道質(zhì)量自適應(yīng)的軟件無線電收發(fā)前端性能優(yōu)化算法。

作者：邱旦峰 于為 卜剛 單位：南京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院

前端設(shè)計論文:降噪抗干擾前端模擬電路設(shè)計

【摘要】

由于紅外成像設(shè)備在日益復(fù)雜的環(huán)境中廣泛應(yīng)用，不可避免會帶來噪聲和干擾。前端模擬電路處理紅外探測器輸出的原始模擬信號，是紅外成像設(shè)備重要組成部分。本文通過前端模擬電路的硬件設(shè)計，重點討論降噪抗干擾的方法，提高設(shè)備的性。

【關(guān)鍵詞】

紅外；降噪；抗干擾

1引言

隨著紅外探測器成像技術(shù)的發(fā)展，人們對紅外圖像質(zhì)量的要求也越來越高。同時由于系統(tǒng)集成化的趨勢，系統(tǒng)可能會同時裝備紅外、激光、電視等設(shè)備，這些設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的電磁場可能會使紅外設(shè)備產(chǎn)生不應(yīng)有的響應(yīng)，表現(xiàn)為圖像噪聲大、干擾等現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至影響設(shè)備的功能。在紅外成像設(shè)備中，前端模擬電路連接紅外探測器的輸出和圖像處理單元的輸入，直接處理探測器輸出的最原始模擬信號。加強(qiáng)和優(yōu)化前端模擬電路的降噪和抗干擾設(shè)計，對提高設(shè)備整體的穩(wěn)定性和抗干擾能力具有十分重要的意義。

2前端模擬電路設(shè)計

紅外熱像儀前端模擬電路部分主要實現(xiàn)的功能有：探測器工作偏壓的產(chǎn)生；對探測器輸出的模擬信號前置放大；高速模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的合成排序等。

2.1探測器偏壓供給電路設(shè)計由于探測器是敏感器件，尤其是長波探測器，電壓波動影響其性能，探測器偏壓供給電路給探測器提供嚴(yán)格的低噪聲工作電壓。探測器正常工作所需的偏壓包括讀出電路所需的模擬電壓VDDA、數(shù)字電壓VDDL和光電二極管偏壓Gpol。模擬電壓和數(shù)字電壓均為固定值5V，而不同探測器的Gpol值并不一樣，因此Gpol偏壓可采用電阻分壓方式，通過調(diào)節(jié)不同的電阻值實現(xiàn)不同的Gpol電壓輸出。我們采用REF195ES芯片生成模擬電壓和數(shù)字電壓。REF195ES較大輸出電流30mA，電壓輸入范圍從5.1V到15V，固定輸出5V，輸出精度±2mV，很好滿足了探測器對模擬電壓和數(shù)字電壓的要求。輸出電壓可經(jīng)過低通噪聲濾波器電路，進(jìn)一步降低噪聲。低通噪聲濾波器電路通常采用串聯(lián)RL電路或串聯(lián)RC電路，基本電路結(jié)構(gòu)形式如圖1、圖2所示[1]。從式(1)、(2)可以看出，只要適當(dāng)選擇R和L的參數(shù)，截止頻率可以設(shè)置成任何值，因此可以設(shè)計出具有任意截止頻率的低通濾波器。為了提高電路的抗干擾性，本文設(shè)計一個RC濾波器，其電容值要求遠(yuǎn)大于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電容。這個電容為采樣電容提供電荷，從而消除瞬變。RC濾波器同時也減小放大器地驅(qū)動容性負(fù)載時產(chǎn)生穩(wěn)定性問題概率。與電容串聯(lián)小電阻有助于防止自激和震蕩。負(fù)載電容較大時，交流性能由負(fù)載電容和隔離電阻控制。

2.2信號放大電路設(shè)計紅外探測器輸出的模擬信號在送入A/D轉(zhuǎn)換器處理前，經(jīng)過兩級放大：及時級是噪聲濾波電路，它的作用是濾除探測器CMOS讀出電路的噪聲，同時提供與探測器匹配的輸出阻抗。第二級放大電路是反相放大電路，它將輸入的模擬信號反相放大，同時對信號進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)。（1）及時級濾波電路。濾波器按照電氣指標(biāo)一般分為無源濾波器和有源濾波器。由于無源濾波器存在濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響、對某些次諧波有放大的可能、體積大等缺點，此設(shè)計中著重考慮應(yīng)用有源濾波器。與無源濾波器相比，有源濾波器有如下優(yōu)點：1）信號在無源器件上的損失可以在有源器件上得到補(bǔ)充。2）由于運(yùn)算放大器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、高增益、高穩(wěn)定性和閉環(huán)增益等參數(shù)調(diào)整靈活的優(yōu)點，因此使用有源濾波器的設(shè)計較為方便[2]。壓控電壓源二階濾波電路是一種常用的有源二階濾波電路。壓控電壓源二階濾波電路的特點是：運(yùn)算放大器為同相接法，濾波器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個電壓源。其優(yōu)點是：電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。（2）第二級反向放大電路。放大器的負(fù)極輸入端接上級信號，正極輸入端接可調(diào)正電平。增加反向偏置的原因是，紅外探測器的輸出是探測器響應(yīng)電壓疊加上直流分量，減少直流電平的大小以便于下一步信號放大。正相輸入的參考電平的好壞對輸出有影響，設(shè)計中采用可調(diào)電阻分壓來提供正相輸入的參考電平。

2.3A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器作為前端模擬電路最重要的組成部分，直接影響到后端信號的處理，因此選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器十分重要。選擇A/D器件主要考慮以下三種因素：l采樣位數(shù)，即精度要求；l采樣頻率，取決于模擬信號的變化快慢；l信噪比。以某型探測器為例，其模擬視頻輸出信號動態(tài)范圍大于74dB，較大輸出速率5MHz。根據(jù)輸出模擬信號的動態(tài)范圍可以計算出，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位需大于12位。由于探測器數(shù)據(jù)輸出較大速率是5MHz，因此A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率也必須得大于5MHz。為了滿足某型號探測器性能指標(biāo)的要求，我們選用AD9240。AD9240是美國AD公司生產(chǎn)的一種14位、10MSPS高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有片內(nèi)高性能采樣保持放大器和電壓參考。在單一+5V電源下，它的功耗僅有285mW，信噪比與失真度為77.5dB，信噪比（f=5MHz）為78.5dB。AD9240的模擬輸入范圍非常靈活，可以是DC或AC耦合的單端或差分輸入[3]。AD9240內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。其中VINA與VINB是信號輸入端，CLK提供采樣時鐘，VREF提供參考電平，SENSE控制AD9240的采樣電壓幅度和參考電平來源。紅外探測器的輸出電壓范圍為1.6V~4.6V，為了使A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)揮分辨率，需將A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍覆蓋紅外探測器的輸出范圍。同時為了減少溫度飄移與內(nèi)部噪聲，提高參考電壓精度，此設(shè)計中采用了單端輸入的外部參考源。當(dāng)使用外部參考方式時,還應(yīng)當(dāng)在CAPT與CAPB之間加一個電容網(wǎng)，如圖6所示。該電容網(wǎng)有三個作用：一是與內(nèi)部參考放大器一起在大頻率范圍下提供一個低阻抗源以驅(qū)動A/D內(nèi)部電路。二是提供內(nèi)部參考放大器需要的補(bǔ)償。三是限制由參考電源產(chǎn)生的噪聲干擾。

3結(jié)論

紅外產(chǎn)品在系統(tǒng)應(yīng)用過程中，容易受外部干擾，影響圖像質(zhì)量。論文從紅外產(chǎn)品前端模擬信號處理著手，在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上，著重探討進(jìn)一步降低噪聲，提高抗干擾能力的一種設(shè)計方法，為后續(xù)的設(shè)計提供參考。

作者：劉坤 朱志強(qiáng) 單位：華中光電技術(shù)研究所—武漢光電國家實驗室

前端設(shè)計論文:汽車前端造型與概念設(shè)計研究

1行人髖部碰撞區(qū)域的造型分析

1.1造型因素對髖部沖擊器碰撞影響的分析

汽車前端造型因素對髖部沖擊器碰撞結(jié)果的影響體現(xiàn)在兩方面，一是前端造型的幾何尺寸決定了髖部沖擊器的碰撞輸入能量、初始速度與角度，其中輸入能量與吸能變形空間的需求正相關(guān);另一方面，碰撞接觸面積、碰撞區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)件(如上橫梁、機(jī)罩鎖、車大燈和進(jìn)氣格柵等)的布置與髖部沖擊器的損傷參數(shù)密切相關(guān)。給出髖部沖擊器與機(jī)罩前緣碰撞試驗中用于確定初始能量輸入的曲線，可以看出，初始能量輸入對于機(jī)罩前緣高度(BLEH)非常敏感。因此，對機(jī)罩前緣較高的車型，髖部沖擊器碰撞試驗往往初始輸入動能較高，測試結(jié)果相對較差。在實際的造型設(shè)計過程中，進(jìn)氣格柵是汽車前部重要的造型元素，它直接影響整車造型設(shè)計風(fēng)格。通過降低進(jìn)氣格柵高度，使車輛前端造型更加扁平，能夠相應(yīng)降低機(jī)罩前緣高度，從而減小髖部沖擊器的初始碰撞能量。汽車前大燈一般局部結(jié)構(gòu)剛度較大，也是髖部沖擊器碰撞的關(guān)鍵區(qū)域，依據(jù)行人碰撞要求相應(yīng)改變大燈造型設(shè)計與空間位置，可以設(shè)法將其布置在髖部碰撞區(qū)域之外。部分現(xiàn)有車型中在車大燈的安裝機(jī)構(gòu)上采用了整體潰縮吸能裝置，以改善局部碰撞緩沖效果，降低行人保護(hù)要求對于車燈造型的限制。

1.2基于碰撞能量約束的車型前端外輪廓設(shè)計

結(jié)合上述分析可以發(fā)現(xiàn)，在車型設(shè)計早期，可以一定的碰撞能量輸入作為設(shè)計目標(biāo)，對車型外輪廓設(shè)計進(jìn)行約束，從而為后續(xù)針對髖部碰撞保護(hù)的部件結(jié)構(gòu)和布置設(shè)計提供便利。在前保險杠系統(tǒng)方案確定后。首先選取車型正中心截面，即車輛縱向?qū)ΨQ面(y=0)，設(shè)定一個碰撞輸入能量(比如500J)，按以下步驟求得對應(yīng)該輸入能量的組合約束線:(1)按照法規(guī)要求，利用截面中一條與垂線成20°的斜線α和保險杠廓形的接觸點，確定保險杠上參考點M;(2)依據(jù)法規(guī)給定曲線，確定500J能量對應(yīng)的各組BLEH和BL，描點連線得曲線β;(3)確定車型BLEH的上限值hBLE，并按其高度確定曲線β上的一點N;(4)從點N處作一條截面中與地面交角40°的直線γ;(5)α、β與γ3條直、曲線，去掉它們交點以外的無效線段后，共同組成該截面的一條組合約束線。沿車輛橫向(即保險杠的長度方向)取若干平行于縱向?qū)ΨQ面的截面(對應(yīng)于不同的碰撞點)，分別按上述步驟求得該截面的組合約束線;這些組合約束線將構(gòu)成一個約束曲面。只要汽車前端造型設(shè)計的曲面在約束曲面之下，即可保障碰撞輸入能量不超過設(shè)定值。汽車造型對于行人碰撞試驗結(jié)果有明顯影響。在實際工程中，車輛開發(fā)早期的造型設(shè)計階段就應(yīng)考慮行人保護(hù)要求，以降低工程開發(fā)難度，改善車輛的行人保護(hù)性能。需要指出的是，髖部沖擊器對不同位置的結(jié)構(gòu)剛度的敏感程度不同，髖部沖擊器下部受力往往對沖擊反力的峰值影響更明顯。因此，接觸點局部造型(尤其是局部的弧度設(shè)計)以及由此引起的局部剛度變化等，對髖部沖擊器碰撞結(jié)果也會產(chǎn)生影響。此外，汽車低速碰撞和行人腿部碰撞保護(hù)等對汽車前端設(shè)計(如前車燈和機(jī)罩前緣等)也有不同的要求，這些因素均應(yīng)在車型設(shè)計早期予以兼顧。

2機(jī)罩前緣結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計

行人沖擊器碰撞均集中在車輛前端的局部區(qū)域，輸入動能相對較小，對模型保真度要求較高。本文中利用LS-DYNA軟件建立了樣車前端有限元模型，與實際試驗值進(jìn)行了對比分析，通過機(jī)罩前緣不同位置的碰撞仿真計算對現(xiàn)有車型的髖部碰撞保護(hù)性能進(jìn)行評估，找出損傷參數(shù)超標(biāo)的區(qū)域，并從其結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量分布和邊界條件特征等方面對結(jié)果進(jìn)行分析。髖部沖擊器碰撞可視為一維運(yùn)動，主要考查髖部沖擊器在平動過程中受到的沖擊反力合力和彎矩大小。從實際算例和實驗結(jié)果來看，沖擊反力與彎矩之間存在一定的比例關(guān)系，過高的合力峰值是導(dǎo)致髖部沖擊器碰撞結(jié)果較差的主要原因，因此在概念設(shè)計中以沖擊反力峰值作為主要研究對象。結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)為在不增加變形吸能空間的前提下，降低沖擊反力峰值;或在不提高沖擊反力峰值的情況下，減小所需要的變形吸能空間。

2.1樣車前端模型的建立

本文中使用的樣車前端結(jié)構(gòu)模型保留了A柱前與行人沖擊器相接觸和對其損傷有較大影響的部件，具體包括:機(jī)罩及其附屬部件、車燈、翼子板、散熱器、前保險杠總成(蒙皮、橫梁、吸能盒、下支撐件等)和風(fēng)窗玻璃等部件。約含20萬個單元，在截面處約束各點運(yùn)動自由度。為方便表達(dá)，將此樣車模型記為模型A。為了驗證模型A的性，實施了樣車前端髖部沖擊器碰撞試驗，試驗中選定的碰撞位置沿車輛橫向的坐標(biāo)值為Y=350mm，試驗中碰撞位置信息和試驗結(jié)果如表1所示。為進(jìn)行對比，在有限元模型中就同一位置進(jìn)行了碰撞仿真。仿真計算得到的髖部沖擊器合力曲線與試驗結(jié)果比較吻合。兩者的差異可能存在多方面的原因，如仿真模型本身的保真度高低，實際試驗條件與仿真條件可能不匹配，傳感器測量結(jié)果誤差等。另外，對比不同文獻(xiàn)給出的髖部沖擊器標(biāo)定結(jié)果時可以發(fā)現(xiàn)，在標(biāo)定結(jié)果都滿足試驗要求的情況下，標(biāo)定試驗曲線也存在明顯不同，因此，本文中的計算結(jié)果僅用于車型改進(jìn)前后髖部碰撞保護(hù)水平的相對比較。

2.2髖部沖擊器與樣車前端碰撞仿真

為對樣車的髖部碰撞保護(hù)性能進(jìn)行評估，選取機(jī)罩前緣上的4個碰撞位置進(jìn)行仿真計算，各碰撞位置沿車輛Y向的坐標(biāo)值，其中碰撞位置1位于機(jī)罩前緣中心。各碰撞位置對應(yīng)的樣車幾何信息和試驗參數(shù)。各個碰撞位置對應(yīng)的髖部沖擊器輸入能量均接近700J，即法規(guī)試驗要求的上限值。部件連接、布置、總體剛度和成本等)。

2.3各碰撞位置結(jié)構(gòu)改進(jìn)的概念設(shè)計

在不同的碰撞位置，髖部沖擊器所受的沖擊反力合力峰值是由不同的結(jié)構(gòu)特征造成，因此改進(jìn)設(shè)計應(yīng)結(jié)合各個碰撞位置的局部構(gòu)造有針對性地進(jìn)行。需要指出的是，由于髖部沖擊器表層覆蓋泡沫軟材料的存在，它在與車輛接觸時受力曲線會經(jīng)歷一個斜率相對較小的上升過程，該過程無法避免。在改善波形時主要針對泡沫壓實和車輛結(jié)構(gòu)開始變形之后的碰撞歷程，本文中側(cè)重于髖部沖擊器碰撞保護(hù)的概念設(shè)計，未納入對其他因素的綜合考慮(如部件連接、布置、總體剛度和成本等)。

2.3.1中央碰撞區(qū)

針對中央碰撞區(qū)(位置1，Y+000)，通過在中央位置處機(jī)罩下方加裝變形吸能件，可以利用其在髖部沖擊器碰撞過程的變形吸收碰撞能量，改善髖部沖擊器波形。設(shè)計中板件建模選用彈塑性材料(對應(yīng)LS-DYNA軟件中的24號材料)。第1種設(shè)計方案采用階梯狀變形吸能件;第2種設(shè)計方案即在上橫梁與機(jī)罩之間加裝一個梯形薄板件，該構(gòu)件包括內(nèi)外兩件，其中外件能夠使碰撞初期的沖擊反力快速上升，以減小對吸能空間的需求，內(nèi)件則用于保持平臺力。計算結(jié)果表明，加裝變形件有助于沖擊波形形成良好的平臺，髖部沖擊器所需要的變形空間減小了10mm左右。中央位置處機(jī)罩下方變形吸能件的設(shè)計方案需要說明的是，車型的發(fā)動機(jī)罩鎖件一般也位于中央碰撞區(qū)附近。由于鎖件的結(jié)構(gòu)剛度通常較大，往往會對髖部沖擊器碰撞產(chǎn)生不利影響。本文中使用的樣車有限元模型為發(fā)動機(jī)罩鎖件預(yù)留出相應(yīng)空間，但模型中并未考慮發(fā)動機(jī)罩鎖件。在將此類方案應(yīng)用于實車結(jié)構(gòu)改進(jìn)時，須結(jié)合實際鎖件位置考慮其布置情況，進(jìn)一步優(yōu)化構(gòu)件的材料和幾何等參數(shù)，以得到良好的碰撞結(jié)果。

2.3.2車燈尖角處

車燈尖角處(Y-356)的碰撞位置3下方變形空間較小，散熱器上橫梁支撐在車燈上方，髖部沖擊器在碰撞過程中帶動機(jī)罩等部件與其產(chǎn)生碰撞時，仍然具有較高的殘余速度，從而產(chǎn)生了較高的受力峰值。由于車燈的存在使散熱器上橫梁難以向后下方移動，因此可將局部的散熱器上橫梁材料減弱，以降低構(gòu)件的局部剛度。計算結(jié)果表明，沖擊反力峰值降低了近2kN，髖部沖擊器的反彈時刻推遲約7ms，較大位移增大了約10mm。

2.3.3靠近機(jī)罩前緣邊緣的車燈中央處

靠近機(jī)罩前緣邊緣的碰撞位置4(Y-500)位于車燈中央，此處車燈燈罩材料剛度較大;部件布置緊湊，局部可變形空間小。髖部沖擊器與之碰撞時有效位移較小，沖擊反力的峰值較高。為降低結(jié)構(gòu)的等效剛度，可以將燈罩所用材料聚丙烯的強(qiáng)度削弱。仿真結(jié)果表明，當(dāng)其彈性模量由2.28GPa降為0.6GPa時，沖擊反力峰值能夠降低1kN左右，與此同時，髖部沖擊器的較大位移增大了約10mm。

2.4綜合改進(jìn)模型的碰撞計算結(jié)果

綜合前3小節(jié)對車身模型的改進(jìn)，即在中央碰撞區(qū)域加裝碰撞吸能件，將兩側(cè)的散熱器上橫梁改為塑料件，并為車燈選用彈性模量較軟的材料，得到的模型記為模型B。樣車模型A與改進(jìn)設(shè)計后的樣車模型B計算結(jié)果對比。可以看出，碰撞位置1處，模型B在保障沖擊反力不超過髖部沖擊器損傷耐受限度的情況下，沖擊器位移明顯減小，即所需要的變形吸能空間減小，從而為車型部件布置提供了更大的自由度;碰撞位置3和4處，髖部沖擊器所受合力峰值明顯降低。因此，各個位置的碰撞結(jié)果均有顯著改善。在EuroNCAP對行人髖部碰撞保護(hù)性能的評分方法中，對髖部沖擊器的損傷參數(shù)(沖擊反力合力峰值和彎矩峰值)分別規(guī)定兩個極值，其中高要求極值對應(yīng)滿分，低要求極值對應(yīng)零分，處于兩個極值之間的試驗結(jié)果采用線性插值的方式計算相應(yīng)得分。每次試驗須分別計算合力或彎矩得分，取二者的較小值作為該碰撞位置的得分。EuroNCAP試驗方法中將車輛機(jī)罩前緣劃分為(1)、(2)、(3)3個區(qū)域，每個區(qū)域又包括a或b2個子區(qū)。如果汽車廠商贊助EuroNCAP加試，每個區(qū)域內(nèi)最多可進(jìn)行兩次髖部沖擊器試驗，并取二者的均值作為該區(qū)域的得分，仍將3個區(qū)域的分值累加;若汽車廠商不贊助EuroNCAP加試，每個區(qū)域內(nèi)只進(jìn)行一次髖部沖擊器碰撞試驗，按試驗結(jié)果計算該區(qū)域得分，對3個區(qū)域的分值進(jìn)行累加，得到髖部沖擊器試驗總分。仿真計算中采用的4個碰撞位置相對于EuroNCAP指定試驗區(qū)域的分布情況。本文中以髖部沖擊器的沖擊反力合力為主要研究對象，因此EuroNCAP得分的計算以合力峰值為依據(jù)，未考慮其彎矩情況。假設(shè)區(qū)域(1)和區(qū)域(3)對稱，則在廠商贊助EuroNCAP加試碰撞位置的前提下(即每個區(qū)域在a、b兩個子區(qū)內(nèi)均進(jìn)行髖部沖擊器碰撞試驗)，模型A和模型B的得分分別為1.4和3.6。可以看出，通過增設(shè)可變形吸能結(jié)構(gòu)和削減局部結(jié)構(gòu)剛度等措施，該車型的碰撞結(jié)果得到明顯改善。

3結(jié)論

髖部沖擊器碰撞試驗中的輸入能量由車輛前端幾何參數(shù)決定，并對損傷指標(biāo)具有顯著影響。合理的造型設(shè)計可有效降低碰撞能量輸入，有利于車輛對行人髖部的碰撞保護(hù)。盡管實際上髖部沖擊器與機(jī)罩前緣的碰撞波形難以達(dá)到理想方波，但分析表明碰撞輸入能量與機(jī)罩下方最小吸能空間的需求仍是一一對應(yīng)的。當(dāng)汽車前端造型固定，即碰撞輸入能量確定后，就須通過機(jī)罩內(nèi)部部件的合理設(shè)計與布置來改善髖部沖擊器的碰撞波形，降低損傷指標(biāo)的峰值，使之接近理想方波，以充分利用吸能空間，提高車輛的行人保護(hù)性能。分析汽車前端造型因素與髖部沖擊器碰撞參數(shù)輸入之間的關(guān)系，提出了基于碰撞能量約束的車輛前端外輪廓設(shè)計方法，并基于某實車建立起髖部沖擊器與車輛前端碰撞模型，對其行人髖部碰撞性能進(jìn)行了分析評估。在輸入能量不變的情況下，針對行人髖部保護(hù)進(jìn)行了局部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計。仿真計算結(jié)果初步表明，所提出的若干結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計對提高髖部碰撞保護(hù)性能是有效的。本文中僅以髖部沖擊器反力峰值的計算結(jié)果進(jìn)行車型改進(jìn)前后髖部碰撞保護(hù)水平的相對比較，且只針對髖部碰撞保護(hù)的要求。在下一步的研究中，須進(jìn)一步考慮髖部沖擊器的較大彎矩情況;并顧及其他設(shè)計要求，如保險杠系統(tǒng)須滿足低速碰撞要求，機(jī)罩的改進(jìn)設(shè)計應(yīng)保障發(fā)動機(jī)散熱、降低車身噪聲和振動性能等。

作者：聶冰冰夏勇黃俊周青劉奇杜漢斌單位：清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心

前端設(shè)計論文:低功耗模擬前端電路設(shè)計

超低功耗、高集成的模擬前端芯片MAX5865是針對便攜式通信設(shè)備例如手機(jī)、PDA、WLAN以及3G無線終端而設(shè)計的，芯片內(nèi)部集成了雙路8位接收ADC和雙路10位發(fā)送DAC，可在40Msps轉(zhuǎn)換速率下提供超低功耗與更高的動態(tài)性能。芯片中的ADC模擬輸入放大器為全差分結(jié)構(gòu)，可以接受1VP－P滿量程信號；而DAC模擬輸出則是全差分信號，在1．4V共模電壓下的滿量程輸出范圍為400mV。利用兼容于SPITM和MICROWIRETM的3線串行接口可對工作模式進(jìn)行控制，并可進(jìn)行電源管理，同時可以選擇關(guān)斷、空閑、待機(jī)、發(fā)送、接收及收發(fā)模式。通過3線串口將器件配置為發(fā)送、接收或收發(fā)模式，可使MAX5865工作在FDD或TDD系統(tǒng)。在TDD模式下，接收與發(fā)送DAC可以共用數(shù)字總線，并可將數(shù)字I／O的數(shù)目減少到一組10位并行多路復(fù)用總線；而在FDD模式下，MAX5865的數(shù)字I／O可以被配置為18位并行多路復(fù)用總線，以滿足雙8位ADC與雙10位DAC的需要。

1MAX5865的工作原理

圖1所示為MAX5865內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖，其中，ADC采用七級、全差分、流水線結(jié)構(gòu)，可以在低功耗下進(jìn)行高速轉(zhuǎn)換。每半個時鐘周期對輸入信號進(jìn)行一次采樣。包括輸出鎖存延時在內(nèi)，通道I的總延遲時間為5個時鐘周期，而通道Q則為5．5個時鐘周期，圖2給出了ADC時鐘、模擬輸入以及相應(yīng)輸出數(shù)據(jù)之間的時序關(guān)系。ADC的滿量程模擬輸入范圍為VREF，共模輸入范圍為VDD／2±0．2V。VREF為VREFP與VREFN之差。由于MAX5865中的ADC前端帶有寬帶T／H放大器，因此，ADC能夠跟蹤并采樣／保持高頻模擬輸入＞奈魁斯特頻率。使用時可以通過差分方式或單端方式驅(qū)動兩路ADC輸入IA＋QA＋IA－與QA－。為了獲得性能，應(yīng)該使IA＋與IA－以及QA＋與QA－間的阻抗相匹配，并將共模電壓設(shè)定為電源電壓的一半VDD／2。ADC數(shù)字邏輯輸出DA0～DA7的邏輯電平由OVDD決定，OVDD的取值范圍為1．8V至VDD，輸出編碼為偏移二進(jìn)制碼。數(shù)字輸出DA0～DA7的容性負(fù)載必須盡可能低＜15pF，以避免大的數(shù)字電流反饋到MAX5865的模擬部分而降低系統(tǒng)的動態(tài)性能。通過數(shù)字輸出端的緩沖器可將其與大的容性負(fù)載相隔離。而在數(shù)字輸出端靠近MAX5865的地方串聯(lián)一個100Ω電阻，則有助于改善ADC性能。MAX5865的10位DAC可以工作在高達(dá)40MHz的時鐘速率下，兩路DAC的數(shù)字輸入DD0～DD9將復(fù)用10位總線。電壓基準(zhǔn)決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出。DAC采用電流陣列技術(shù)，用1mA1．024V基準(zhǔn)下滿量程輸出電流驅(qū)動400Ω內(nèi)部電阻可得到±400mV的滿量程差分輸出電壓。而采用差分輸出設(shè)計時，將模擬輸出偏置在1．4V共模電壓，則可驅(qū)動輸入阻抗大于70kΩ的差分輸入級，從而簡化RF正交上變頻器與模擬前端電路的接口。RF上變頻器需要1．3V至1．5V的共模偏壓，內(nèi)部直流共模偏壓在保持每個發(fā)送DAC整個動態(tài)范圍的同時可以省去分立的電平偏移設(shè)置電阻，而且不需要編碼發(fā)生器產(chǎn)生電平偏移。圖2（b）給出了時鐘、輸入數(shù)據(jù)與模擬輸出之間的時序關(guān)系。一般情況下，I通道數(shù)據(jù)ID在時鐘信號的下降沿鎖存，Q通道數(shù)據(jù)QD則在時鐘信號的上升沿鎖存。I與Q通道的輸出同時在時鐘信號的下一個上升沿被刷新。

3線串口可用來控制MAX5865的工作模式。上電時，首先必須通過編程使MAX5865工作在所希望的模式下。利用3線串口對器件編程可以使器件工作在關(guān)斷、空閑、待機(jī)、Rx、Tx或Xcvr模式下，同時可由一個8位數(shù)據(jù)寄存器來設(shè)置工作模式，并可在所有六種模式下使串口均保持有效。在關(guān)斷模式下，MAX5865的模擬電路均被關(guān)斷，ADC的數(shù)字輸出被置為三態(tài)模式，從而較大限度地降低了功耗；而空閑模式時，只有基準(zhǔn)與時鐘分配電路上電，所有其它功能電路均被關(guān)斷，ADC輸出被強(qiáng)制為高阻態(tài)。而在待機(jī)狀態(tài)下，只有ADC基準(zhǔn)上電，器件的其它功能電路均關(guān)斷，流水線ADC亦被關(guān)斷，DA0～DA7為高阻態(tài)。

圖2

2MAX5865的典型應(yīng)用

MAX5865能以FDD或TDD模式工作在各種不同的應(yīng)用中如在WCDMA－3GPPFDD與4G技術(shù)的FDD應(yīng)用中工作于Xcvr模式，或在TD－SCDMA、WCDMA－3GPPTDD、IEEE802．11a／b／g及IEEE802．16等TDD應(yīng)用中在Tx與Rx模式間切換等。在FDD模式下，ADC和DAC可同時工作，且當(dāng)fCLK為40MHz時，消耗的功率為75．6mW。實際上，ADC總線與DAC總線是分開的，并與數(shù)字基帶處理器通過18位（8位ADC與10位DAC）并行總線進(jìn)行連接。而在TDD模式下，ADC與DAC交替工作，ADC與DAC總線共享，它們一起構(gòu)成10位并行總線連到數(shù)字基帶處理器，并可通過3線串行接口選擇Rx模式以啟用ADC或選擇Tx模式啟用DAC。由于在Rx模式下，DAC內(nèi)核被禁用而不能發(fā)送；而Tx模式下，ADC總線為高阻態(tài)，從而消除了雜散輻射，同時也避免總線沖突。在TDD模式下，當(dāng)fCLK為40MHz時，Rx模式下的功耗為63mW，Tx模式下的DAC功耗為38．4mW。

圖3所示是MAX5865工作在TDD模式的應(yīng)用電路，該方案提供了完整的802．11b射頻前端解決方案。由于MAX5865的DAC采用共模電壓為1．4V的全差分模擬輸出，而ADC具有較寬的輸入共模范圍，可以直接與RF收發(fā)器接口，因此可省去電平轉(zhuǎn)換電路所需要的分立元件和放大器。同時，由于內(nèi)部產(chǎn)生共模電壓免除了編碼發(fā)生器的電平偏移或由電阻電平偏移引起的衰減，DAC保持了全動態(tài)范圍。MAX5865的ADC具有1VP－P滿量程范圍，可接受VDD／2±200mV的輸入共模電平。由于可以省去分立的增益放大器與電平轉(zhuǎn)換元件，因此簡化了RF正交解調(diào)器與ADC之間的模擬接口。

3設(shè)計注意事項

3．1系統(tǒng)時鐘輸入(CLK)

MAX5865芯片的ADC與DAC共享同一CLK輸入，該輸入接受由OVDD設(shè)定的CMOS兼容信號電平，范圍為1．8V至VDD。由于器件的級間轉(zhuǎn)換取決于外部時鐘上升沿和下降沿的重復(fù)性，因此，設(shè)計時應(yīng)采用具有低抖動、快速上升和下降（＜2ns）的時鐘。特別是在時鐘信號的上升沿進(jìn)行采樣時，其上升沿的抖動更應(yīng)盡可能地低。任何明顯的時鐘抖動都會影響片上ADC的SNR性能。

實際上，欠采樣應(yīng)用對時鐘抖動的要求更嚴(yán)格，由于此時有可能將時鐘輸入作為模擬輸入對待，因此，布線時應(yīng)避開任何模擬輸入或其它數(shù)字信號線。MAX5865的時鐘輸入工作在OVDD／2電壓閾值下，能接受50％±15％的占空比。

3．2基準(zhǔn)配置

MAX5865內(nèi)部具有精密的1．024V內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)可在整個電源供電范圍與溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。在內(nèi)部基準(zhǔn)模式下，REFIN接VDD時的VREF是由內(nèi)部產(chǎn)生的0．512V。COM、REFP、REFN均為低阻輸出，電壓分別為VCOM＝VDD／2、VREFP＝VDD／2＋VREF／2、VREFN＝VDD／2－VREF／2。分別用0．33μF電容作為REFP、REFN與COM引腳的旁路電容，并用0．1μF電容將REFIN旁路到GND。

在外部基準(zhǔn)模式下，在REFIN引腳一般應(yīng)施加1．024V±10％的電壓。該模式下，COM、REFP與REFN均為低阻輸出，電壓分別為VCOM＝VDD／2、VREFP＝VDD／2＋VREF／4、VREFN＝VDD／2－VREF／4。可分別用0．33μF電容作為REFP、REFN與COM引腳的旁路電容，并用0．1μF電容將REFIN旁路到GND。在該模式下，DAC的滿量程輸出電壓和共模電壓均與外部基準(zhǔn)成正比。例如，若VREFIN增加10％（較大值），則DAC的滿量程輸出電壓也增加10％或達(dá)到±440mV，同時共模電壓也將增加10％。

3．3輸入／輸出耦合電路

通常，MAX5865在全差分輸入信號下可提供比單端信號更好的SFDR與THD性能，尤其是在高輸入頻率的情況下。在差分模式下，當(dāng)輸入IA＋、I-A－、QA＋、QA－對稱時，偶次諧波會更低，并且每路ADC輸入僅需要單端模式信號擺幅的一半。而通過非平衡變壓器可為單端信號源至全差分信號的轉(zhuǎn)換提供出色的解決方案，并可獲得極佳的ADC性能。當(dāng)然，在沒有非平衡變壓器的情況下，也可以使用運(yùn)放來驅(qū)動MAX5865的ADC，此時，MAXIM公司的MAX4353／MAX4454等運(yùn)放便可提供高速、帶寬、低噪聲與低失真性能，以保持輸入信號的完整性。

3．4線路板布線

MAX5865需要采用高速電路布線設(shè)計技術(shù)，電路布局可以參考MAX5865評估板數(shù)據(jù)資料。所有旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件安裝，并與器件位于電路板的同側(cè)，同時應(yīng)該選用表貼器件以減小電感。可用0．1μF陶瓷電容與2．2μF電容并聯(lián)，以將VDD旁路到GND；也可用0．1μF陶瓷電容與2．2μF電容并聯(lián)將OVDD旁路到OGND；同時分別用0．33μF陶瓷電容將REFP、REFN與COM旁路到GND；而用0．1μF電容將REFIN旁路到GND。

通過具有獨立地平面與電源平面層的多層板可以獲得的信號完整性。模擬地(GND)與數(shù)字輸出驅(qū)動地(OGND)應(yīng)采用獨立的地平面，并分別與器件封裝上的物理位置相匹配，MAX5865裸露的背面焊盤接到GND平面，兩個地平面應(yīng)單點相連，以使噪聲較大的數(shù)字地電流不會影響模擬地平面。兩個地平面之間空隙上的一點通常是單點共地的位置，可以用一個低阻值的表貼電阻(1Ω至5Ω)、磁珠或直接短路來完成該連接。如果該地平面與所有噪聲較大的數(shù)字系統(tǒng)地平面如后續(xù)輸出緩沖器或DSP地平面充分隔離，也可以使所有接地引腳共享同一個地平面。此外，高速數(shù)字信號布線應(yīng)遠(yuǎn)離敏感的模擬信號布線，以確保模擬輸入與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器隔離，減小通道間的串?dāng)_。同時應(yīng)確保所有信號引線盡可能短，并應(yīng)避免90°轉(zhuǎn)角。

前端設(shè)計論文:有關(guān)數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計探析

摘 要

當(dāng)前隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展及國家三網(wǎng)融合戰(zhàn)略實施，傳統(tǒng)廣播電視系統(tǒng)在不斷朝著網(wǎng)絡(luò)化以及智能化和數(shù)字化、集程化方向發(fā)展。因此，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行多方位、實時在線監(jiān)控具有重要意義。通常而言，主要通過SNMP這一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并采用Qt設(shè)計，使電視廣播等數(shù)字化系統(tǒng)集成于一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，以便于技術(shù)人員結(jié)合實際系統(tǒng)運(yùn)行情況，對我國數(shù)字電視前端系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視 前端 網(wǎng)絡(luò)管理 系統(tǒng)設(shè)計

本文在對我國有線電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化過程時，主要利用SNMP數(shù)據(jù)運(yùn)行協(xié)議，使網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)運(yùn)行更加簡單、安全、穩(wěn)定和容易擴(kuò)展，在設(shè)計過程中，Qt的信號/槽機(jī)制通過將槽注冊到信號這一設(shè)計方式，將二者有效綁定。因此，這一設(shè)計優(yōu)化方式更加靈活，而且通過多對多的關(guān)系，實現(xiàn)信號和槽的綁定，使其與我國網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的實施運(yùn)行模式相符。

1 數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計

通常來講，數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計，對于廣播電視而言十分重要。因此，對其進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化更為關(guān)鍵，為了滿足網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對電視前端相關(guān)運(yùn)行設(shè)備的科學(xué)監(jiān)測這一需求，設(shè)計之前應(yīng)該首先對電視前端系統(tǒng)中的相關(guān)復(fù)用設(shè)備、編碼器和解碼器等基本運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行有效實時監(jiān)測分析，從而最終經(jīng)過科學(xué)設(shè)計與優(yōu)化，進(jìn)一步實現(xiàn)對電視前端相關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程管理。

因此，本文在設(shè)計構(gòu)架中，主要采用C/S軟件設(shè)計構(gòu)架，通過集中式布置與優(yōu)化，從而科學(xué)設(shè)計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)，保障系統(tǒng)運(yùn)行中的相關(guān)功能邏輯清晰，盡可能防范技術(shù)性操作失誤對電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。在此設(shè)計優(yōu)化過程中，本文還主要采用了Qt這一數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)工具，使其面向?qū)ο螅瑥亩茖W(xué)制定一套完整的數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化方案。該設(shè)計方案主要考慮到我國數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理的實際需求和具體操作方式，因此將系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為三個不同的層次，分別為采集層以及數(shù)據(jù)存儲層和信息呈現(xiàn)層三個運(yùn)行組件模塊。而在每一層的運(yùn)行系統(tǒng)中，又通過不同的功能對不同數(shù)字電視前端設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理，由此構(gòu)建一個集成化與系統(tǒng)化、層次化和模塊化的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

2 數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計思路分析

（1）通過采集層對數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備運(yùn)行時間及設(shè)備名稱、設(shè)備具體信息描述以及設(shè)備有關(guān)聯(lián)系人和具體的IP地址、設(shè)備的有關(guān)位置等基本的信息進(jìn)行管理，技術(shù)人員可以及時將系統(tǒng)采集到的信息日志存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，從而為其它網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)功能的實現(xiàn)奠定積極的基礎(chǔ)。

（2）系統(tǒng)存儲層的主要設(shè)計功能是對數(shù)據(jù)采集層中的相關(guān)設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行科學(xué)預(yù)處理，從而確保數(shù)據(jù)信息存儲的完整性以及科學(xué)性，然后針對信息屬性進(jìn)行分類存儲。在這一層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)設(shè)備一旦出現(xiàn)運(yùn)行故障，則可以通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲的相關(guān)信息進(jìn)行追溯，采用歷史記錄進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷以及維護(hù)。

除此之外，系統(tǒng)通過信息呈現(xiàn)層實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備相關(guān)信息的呈現(xiàn)以及用戶信息系統(tǒng)設(shè)備故障診斷報告等信息的直觀展示，從而保障技術(shù)人員可以通過信息展示情況對不同的系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化與配置。

3 數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件系統(tǒng)功能模塊設(shè)計分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件登錄模塊

在這一運(yùn)行模塊首先需要對不同的用戶進(jìn)行權(quán)限限制，利用數(shù)據(jù)信息庫對相關(guān)用戶的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查找，然后將數(shù)據(jù)信息直接顯示到系統(tǒng)對話框中，對不同登錄用戶進(jìn)行科學(xué)選擇并輸入運(yùn)行密碼，使其與用戶信息進(jìn)行有效匹配，如果匹配成功則進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行主界面，從而實現(xiàn)對數(shù)字電視前端的相關(guān)運(yùn)行設(shè)備的科學(xué)管理。

3.2 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件功能實現(xiàn)模塊

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件用戶管理功能

在對用戶管理模塊進(jìn)行分析設(shè)計時，首先需要進(jìn)入到用戶注冊單元，通過信息輸入，在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)信息查詢，如果用戶界面中顯示用戶反饋信息，則需要使用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新注冊管理，在用戶數(shù)據(jù)功能管理模塊，應(yīng)該通過信息查詢對用戶下拉列表中相關(guān)顯示信息進(jìn)行選擇，并輸入用戶密碼，從而結(jié)合信息的匹配情況進(jìn)行數(shù)據(jù)信息更改。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件設(shè)備添加功能

設(shè)備添加功能的實現(xiàn)主要是通過在應(yīng)用程序主界面中展開添加觸發(fā)設(shè)備的相關(guān)操作，此時會彈出添加相關(guān)設(shè)備的對話框，技術(shù)人員可以將設(shè)備具體IP地址以及設(shè)備型號和類型及設(shè)備名稱輸入對話框中，對設(shè)備中的解碼器模塊以及編碼器模塊和通用設(shè)備模塊等多個不同的信息模塊進(jìn)行觸發(fā)操作，此時系統(tǒng)中會形成相應(yīng)的設(shè)備界面，并在工具箱中自動生成相應(yīng)的系統(tǒng)觸發(fā)按鈕，通過這些按鈕進(jìn)行相關(guān)操作，并將應(yīng)用程序打開，將系統(tǒng)自動讀取到的數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件故障報告功能

在這一設(shè)計環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)人員主要通過在系統(tǒng)應(yīng)用程序界面中進(jìn)行故障報告功能選擇，從而進(jìn)入到系統(tǒng)設(shè)備故障分析界面中，在該運(yùn)行主界面，用戶可對不同設(shè)備進(jìn)行篩選及報警類別選擇和報警時間選擇，從而通過最快的信息查詢方式，獲取數(shù)字電視前端網(wǎng)絡(luò)管理所需信息，在數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計基礎(chǔ)上，展開科學(xué)決策，從而防止類似的故障再次出現(xiàn)，這一設(shè)計方式使網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性大大提升。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行系統(tǒng)的不斷完善，對網(wǎng)絡(luò)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測管理非常重要。通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以對系統(tǒng)中的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實時、在線監(jiān)控，從而及時掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行情況，并針對其可能存在的具體故障進(jìn)行判斷分析，并展開科學(xué)化決策。因此，本文正是基于此背景，重點針對我國有線電視數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行理論進(jìn)行科學(xué)分析總結(jié)，從而基于Qt設(shè)計，實現(xiàn)對我國有線數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行集成化研究以及設(shè)計，在此基礎(chǔ)上，希望通過相關(guān)的研究設(shè)計進(jìn)一步深化網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在我國數(shù)字電視前端管理中的具體應(yīng)用。

前端設(shè)計論文:集群通信基站接收系統(tǒng)RF前端的設(shè)計與研發(fā)

[摘 要]集群通信系統(tǒng)主要就是一種高級的無線調(diào)度通信系統(tǒng)，其具有容量大、功能多、效率高等特點，屬于專用業(yè)務(wù)的無線調(diào)度系統(tǒng)。數(shù)字集群通信系統(tǒng)是由基站、交換機(jī)、調(diào)度臺、網(wǎng)管系統(tǒng)、覆蓋系統(tǒng)等超大規(guī)模的集成電路、計算機(jī)技術(shù)、有線的交換技術(shù)共同結(jié)合而成的產(chǎn)物。因為系統(tǒng)接收前端性能指標(biāo)在整個性能中有重要的影響，且集群系統(tǒng)性能的好壞對接收系統(tǒng)的整體性能優(yōu)劣也有直接的影響，還決定著系統(tǒng)后面的電路指標(biāo)上限。因此，研制具有較高性能的接收系統(tǒng)前端能夠使整個系統(tǒng)的質(zhì)量、效率大大提升。本文主要對集群通信基站接收系統(tǒng)RF前端的設(shè)計與研發(fā)進(jìn)行分析，以期促進(jìn)接收系統(tǒng)前端的整體性能。

[關(guān)鍵詞]集群通信；接收系統(tǒng)；RF前端設(shè)計

1.前言

集群通信系統(tǒng)主要是利用基站TB3、根據(jù)用戶的需求通過主控信道自動給用戶分配話音信道。集群通信系統(tǒng)具有群組呼叫、緊急呼叫、私密呼叫和打電話等功能，另外其還能夠給使用的人員提供穩(wěn)定通信信道、快速建立通話、動態(tài)重組，尤其是對緊急的特殊任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行的過程中，集群系統(tǒng)的這些功能十分重要。由于集群通信系統(tǒng)中存在資源共享等優(yōu)點，企業(yè)單位、政府機(jī)關(guān)均能夠參照不同的部門需求對同一套集群通信設(shè)備進(jìn)行共享，進(jìn)而更好的給環(huán)境衛(wèi)生、警務(wù)、公用設(shè)施的管理、政務(wù)等提供服務(wù)。

2.集群通信基站的接收系統(tǒng)RF前端設(shè)計及研發(fā)分析

2.1 分析集群通信接收站系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

在800MHz集群通信基站中，其接收機(jī)模塊主要包含：射頻的前端、調(diào)節(jié)電路、頻率綜合器。利用PLL、晶體振蕩器可以使其分別產(chǎn)生及時和第二本地振蕩信號。在及時中頻中，其頻率是45MHz，而第二中頻的頻率則是455KHz。在集群系統(tǒng)中其整體的電路包括：LNA、濾波器、PLL頻率源、混頻器、限幅電路/中頻放大電路、直流電路、FM解調(diào)電路等[1]。為了更好的達(dá)到用戶所提出的實際接收技術(shù)指標(biāo)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性上升、造價成本降低、尺寸縮小、大范圍的通話等需求得以實現(xiàn)，設(shè)計、研究人員一定要根據(jù)相應(yīng)的噪聲系數(shù)、靈敏度等要求對接收機(jī)的量化指標(biāo)進(jìn)行論證，且選擇適合的器件來達(dá)到各項指標(biāo)的具體要求。

2.2 接收系統(tǒng)工作原理及設(shè)計方案分析

2.2.1 工作原理

在本接收機(jī)中，其主要是通過超外差結(jié)構(gòu)進(jìn)行工作，而該結(jié)構(gòu)能在低中頻中實現(xiàn)相對的帶寬較窄，但矩形系數(shù)比較高的中頻濾波器，可以使接收機(jī)中的選擇性提升，使射頻級中高增益實現(xiàn)的難度大大降低。因受到經(jīng)濟(jì)一體化的影響，在公眾、專業(yè)的移動通信等一些領(lǐng)域中，有效促進(jìn)了集群標(biāo)準(zhǔn)制定。比如在專業(yè)的移動通信范疇中的鐵路、航海、內(nèi)河航運(yùn)、航空、旅游、高速公路以及公安、武警等機(jī)構(gòu)的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，伴隨其業(yè)務(wù)的范圍逐漸擴(kuò)展，更加需要統(tǒng)一、先進(jìn)的通信技術(shù)方法。在此趨勢的影響下要求集群系統(tǒng)要實現(xiàn)統(tǒng)一、方便跨省、跨地區(qū)、跨部門聯(lián)網(wǎng)。在我國集群通信憑借其高效、迅捷、安全等優(yōu)點得到了持續(xù)的發(fā)展，如今早已成我國通信市場中廣泛重視的一項熱門技術(shù)[2]。

2.2.2 接收系統(tǒng)RF前端設(shè)計方案的可行性

想要使接收系統(tǒng)前端所需指標(biāo)得以實現(xiàn)，一定要對其可行性進(jìn)行嚴(yán)格論證。對于手機(jī)的噪聲系數(shù)、靈敏度、線性度、增益分配必須進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)學(xué)計算，進(jìn)而才可以知道設(shè)計中選用的結(jié)構(gòu)體系和電路器件進(jìn)行連接之后是否可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，最終更好的對接收系統(tǒng)RF前端進(jìn)行設(shè)計。

2.3 集群通信接收系統(tǒng)中主要的模塊電路的設(shè)計分析

2.3.1 分析射頻前端的實現(xiàn)方案

將進(jìn)入到系統(tǒng)中的干擾信號濾除，可將預(yù)選濾波器放置在噪聲較低的放大器的前面，且把中頻濾波器放在各個混頻器的后面。其中，所使用的預(yù)選濾波器應(yīng)采用型號為LC型的，并將晶體的濾波器用作及時中頻濾波器，陶瓷的濾波器則用作第二中頻濾波器，還必須把帶寬控制在接收中所需的中頻帶寬上，進(jìn)而使進(jìn)入到解調(diào)器中的噪聲帶寬口得以減小[3]。

2.3.2 分析音頻放大電路與FM解調(diào)電路的設(shè)計

FM解調(diào)電路在本系統(tǒng)中往往是通過正交FM解調(diào)器進(jìn)行工作，而正交FM解調(diào)器又可以稱作符合門檢波器，對兩個正交（即相位差為900）的信號進(jìn)行相乘，進(jìn)而從復(fù)合的中頻波形內(nèi)將原始的信息信號提取出來，而正交的檢波器應(yīng)采用900的移相器、檢波器、單調(diào)諧電路來對FM信號機(jī)械能解調(diào)。900移相器輸出信號和所接收的實際中頻信號之間呈正交關(guān)系，且調(diào)諧電路可以把頻率的變化轉(zhuǎn)變成相位的變化，而乘積檢波器則把移相之后的IF信號、接收到得的IF信號進(jìn)行相乘，進(jìn)而使正交得以實現(xiàn)，解調(diào)出具體的音頻信號。在FM系統(tǒng)中，噪聲功率的譜密度呈現(xiàn)出拋物線形，與信息信號低頻分量相比FM性能較好，因為FM系統(tǒng)中信息信號的高頻分量均有高電平噪聲存在，因而必須衰減解調(diào)信號高頻分量。為了對信息信號的高頻分量衰減進(jìn)行彌補(bǔ)，可以在接收系統(tǒng)中使用一個低通的濾波器[4]。

3.對接收系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試及測試

3.1 對系統(tǒng)的主模塊進(jìn)行測試

在該接收系統(tǒng)中，其是由三個獨立的3個部分所組成，即射頻的前端、解調(diào)電路、頻率綜合器。對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中相關(guān)人員是利用獨立的3個部分進(jìn)行調(diào)試，雖然可以給樣品調(diào)試、檢測提供有力的條件，但是存在一定的弊端，一定要確保射頻部分的性能良好、每個通道間應(yīng)有相應(yīng)的一致性，只有保障各級系統(tǒng)性能完整才可以使系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試順利完成，對系統(tǒng)主模塊進(jìn)行測試時必須注意以上的要求。

3.2 動態(tài)范圍和靈敏度測試

對系統(tǒng)的各個部分進(jìn)行測試的過程中，首先應(yīng)通過Agilent E4432B信號源將FM信號輸入其中，而輸入信號的載頻是800MHz，其調(diào)制深度、調(diào)制頻率分別為1KHz。經(jīng)過相應(yīng)的測試之后，可以測試出本系統(tǒng)的靈敏度良好，將大信號輸入其中并不會產(chǎn)阻塞的現(xiàn)象，由于SA617中頻具有限幅、放大的作用，且該芯片還具有高動態(tài)的范圍，而且正是因此動態(tài)范圍達(dá)到了客戶的需求，因而當(dāng)初進(jìn)行設(shè)計時并沒有選擇AGC電路，這樣的設(shè)計不但可以使成本得到有效節(jié)約，還可以防止基站在對信號進(jìn)行接收時因AGC增益變化導(dǎo)致近距離的大信號對遠(yuǎn)距離的小信號進(jìn)行壓制的問題產(chǎn)生[5]。

3.3 對解調(diào)電路進(jìn)行測試

對于FM解調(diào)電路而言，其往往是使用900的正交檢波器把兩個正交的信號進(jìn)行相乘。然后再利用檢波器、單調(diào)諧電路、移相器對FM信號解調(diào)。900移相器輸出的信號和所接收的中頻信號之間是正交關(guān)系。

4.結(jié)束語

綜上所述，通過對國內(nèi)、國外現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上分析、研究集群通信基站接收系統(tǒng)RF前端的設(shè)計、工程實踐。通過對集群通信的接收系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行分析后，使相關(guān)人員注意到了設(shè)計、研究過程中必須要重視的問題，并利用相應(yīng)的措施對其進(jìn)行解決，而且還得出集群通信接受系統(tǒng)具有低耗能、低成本、小型化、高效率等優(yōu)點，其可以給集群通信系統(tǒng)穩(wěn)定性的不斷提升奠定良好的基礎(chǔ)。

前端設(shè)計論文:基于超導(dǎo)接收機(jī)前端的低溫低噪聲放大器設(shè)計

摘 要：低噪聲放大器是接收機(jī)系統(tǒng)的重要模塊。介紹了應(yīng)用于P波段的低溫低噪放大器的設(shè)計和調(diào)試方法，通過使用PHEMT晶體管，按照最小噪聲系數(shù)設(shè)計，采用兩級級聯(lián)，并引入源級負(fù)反饋和電阻并聯(lián)負(fù)反饋來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。在77 K溫度下，實測放大器增益大于30 dB，噪聲系數(shù)低于0.5 dB，輸入輸出反射系數(shù)小于―15 dB。

關(guān)鍵詞：低溫;低噪聲放大器;穩(wěn)定性;噪聲系數(shù)

0 引 言

隨著現(xiàn)代無線通信、微波測量、電子對抗等技術(shù)的高速發(fā)展，一些工作特定環(huán)境下的接收機(jī)需要更高的性能要求。高溫超導(dǎo)接收機(jī)（High temperature superconducting receiver，HTS receiver）前端則以其高靈敏度、高選擇性、極低噪聲等特點應(yīng)運(yùn)而生，高溫超導(dǎo)接收機(jī)前端由高溫超導(dǎo)濾波器和低溫低噪聲放大器（Cryogenic Low Noise Amplifier， CLNA）組成。CLNA作為接收機(jī)及時級有源器件，其噪聲性能直接決定了接收機(jī)的靈敏度。文獻(xiàn)[1]顯示，在常用通訊頻段中，60K低溫下的放大器噪聲系數(shù)（Noise Figure，NF）較之常溫下的噪聲系數(shù)下降約0.4 dB，這可極大提高通信的傳輸效率和質(zhì)量。目前，HTS receiver在雷達(dá)、通信、射電天文接收機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用。

近年來，通過低溫冷卻LNA中的高電子遷移率晶體管（High Electron Mobility Transistor，HEMT）使得低噪聲放大器快速發(fā)展并大幅提高了其性能。但HEMT管難以在幾百兆赫茲頻率范圍工作的的同時達(dá)到較小噪聲，文獻(xiàn)[1，2]亦是工作在800 MHz及以上頻率范圍。本文根據(jù)設(shè)計要求，在500～700 MHz頻率范圍內(nèi)設(shè)計出能優(yōu)異的CLNA，這必須權(quán)衡低NF、高增益，無條件穩(wěn)定等因素，無疑增加了設(shè)計難度。本文最終實現(xiàn)77 K液氮低溫環(huán)境下：噪聲系數(shù)小于0.5 dB，增益大于30 dB，反射系數(shù)小于-15 dB。

1 低溫低噪聲放大器的設(shè)計與仿真

1.1 器件選擇

由于器件在低溫下的工作特性與常溫環(huán)境下不同，通過常規(guī)手段設(shè)計的常溫低噪聲放大器直接應(yīng)用于低溫環(huán)境中通常不能滿足設(shè)計要求。對于低溫低噪聲放大器的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)直接在低溫下調(diào)整還難以實現(xiàn)，文獻(xiàn)[2]給出了一種低溫低噪聲放大器的預(yù)修正設(shè)計方案，綜合利用仿真軟件和實測結(jié)果來獲取晶體管的低溫參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行設(shè)計。但是，本次我們并沒有提取低溫參數(shù)，而是通過選取熟悉的器件，參考常溫特性及低溫環(huán)境測試結(jié)果，預(yù)修正與驗證設(shè)計。本次設(shè)計選用安捷倫公司的增強(qiáng)型PHEMT器件ATF-54143，它不僅具有極低的噪聲與較高的增益，同時可以消除HEMT器件在低溫下的深電子陷阱效應(yīng)。

1.2 放大器穩(wěn)定型設(shè)計

在理想放大器中S12為零，放大器會無條件穩(wěn)定。但微波晶體管存在內(nèi)部反饋，晶體管的S12即表示內(nèi)部反饋量，可能導(dǎo)致放大器穩(wěn)定性變差甚至自激，過高的增益亦會造成反饋功率變大，導(dǎo)致不穩(wěn)定[3]。因此設(shè)計放大器必須保障放大器在工作頻段內(nèi)穩(wěn)定。放大器的穩(wěn)定條件是：

（1）

（2）

式中：Sij為晶體管的S參數(shù)，K稱為穩(wěn)定性判別系數(shù)，同時滿足上述兩個條件才能保障放大器是穩(wěn)定的。通過ADS仿真可以看出來ATF-54143在工作頻段內(nèi)并不是穩(wěn)定的。對于潛在不穩(wěn)定管子，常見的改善穩(wěn)定性方法有：源級負(fù)反饋，一般使用無耗感抗負(fù)反饋，實際電路中，常使用微帶線LS來構(gòu)成;輸入、輸出端口串并聯(lián)電阻，用來抵消自激震蕩引來的負(fù)阻抗部分，但同時會導(dǎo)致噪聲系數(shù)惡化。綜合考慮管子特性及設(shè)計要求，最終使用源級負(fù)反饋和阻性元件并聯(lián)反饋結(jié)構(gòu)，反饋結(jié)構(gòu)引入阻性元件Rf可以減少增益紋波、降低寬帶匹配難度，其引入的的噪聲會隨著溫度減低得到顯著下降。本設(shè)計采用兩級級聯(lián)達(dá)到設(shè)計所需增益要求，通過PI型阻性衰減器來提高級間隔離度。其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)圖

1.3 放大器電路設(shè)計

放大器電路設(shè)計包括直流偏置設(shè)計，直流隔離設(shè)計，匹配電路設(shè)計，版圖聯(lián)合仿真優(yōu)化。

直流偏置設(shè)計包括了PHEMT管的靜態(tài)工作點及工作狀態(tài)的選取和偏置電路設(shè)計，本次設(shè)計選取3 V、60 mA工作點。首要滿足最小噪聲的同時，依靠兩級放大來提高增益。在保障將偏置電壓正確送入到PHEMT管腳的同時需要做到與交流電路部分達(dá)到良好的隔離。在LNA電路設(shè)計中，使用隔直電容C3、C4來抑制直流偏置電壓對前后級器件的影響。

匹配電路設(shè)計：低噪聲放大器的噪聲系數(shù)和放大電路的匹配網(wǎng)絡(luò)有著緊密的聯(lián)系，二端口放大器噪聲系數(shù)表達(dá)式為

（3）

式中：Fmin表示晶體管噪聲系數(shù)的最小值，rn為晶體管的等效噪聲電阻，Γopt為源反射系數(shù)，ΓS為源反射系數(shù)。由此可見，當(dāng)Γopt=ΓS時，可實現(xiàn)噪聲匹配。因此放大器的及時級按照最小噪聲設(shè)計同時適當(dāng)兼顧駐波特性，輸入端反射系數(shù)ΓS選Γopt附近，放大器第二級設(shè)計兼顧噪聲和增益。根據(jù)ADS軟件進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，添加微帶與焊盤，聯(lián)合仿真達(dá)到仿真結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)ADS仿真設(shè)計的版圖制成PCB電路，使用村田0603封裝元件焊接。為了保障良好的接地，PCB使用大量過孔安裝到屏蔽盒地板上，屏蔽盒采用黃銅材料，最終制作的LNA實物如圖2所示。

圖2 放大器實物

2 電路調(diào)整及實測結(jié)果

將放大器置于77 K溫度的液氮環(huán)境中，初次測試結(jié)果與設(shè)計有不小偏差，這一方面是由于分立元件的離散性和焊接引起的各種寄生參數(shù)影響，另一重要原因是晶體管在低溫環(huán)境下性能參數(shù)的顯著變化。在低溫環(huán)境中，晶體管的V～I(xiàn)特性會發(fā)生變化，首先我們需要增加?xùn)艠O電壓來維持晶體管的漏極電流[4]，保障放大器工所需的偏置條件，測試顯示惡化嚴(yán)重的輸入駐波得到了改善。 在保障低噪聲的情況下，我們根據(jù)實測低溫S11與NF情況，結(jié)合靈敏度分析，發(fā)現(xiàn)圖1中反饋電阻Rf的值直接關(guān)系輸入駐波和噪聲。液氮環(huán)境中，增大Rf可以減小噪聲，但會惡化輸入駐波，減小Rf改善了駐波但會惡化噪聲，權(quán)衡整個設(shè)計，我們選擇了一個的Rf值，使得噪聲與駐波均達(dá)到了設(shè)計要求。最終實現(xiàn)的放大器測試結(jié)果如圖3～圖6所示，由圖3可見放大器在低溫下的噪聲系數(shù)下降約0.5 dB，極大地提高了放大器的性能。

參考其仿真結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)由分立元件焊接的放大器性能易出現(xiàn)惡化，增益減小駐波變差等，這說明在仿真時候添加冗余量的重要性。由常溫和低溫測試結(jié)果圖發(fā)現(xiàn)，按照最小噪聲兼顧輸入駐波匹配的電路在低溫環(huán)境下，其器件特性的變化使得之前的匹配并不是在點，這就造成了S11的部分惡化，我們需要根據(jù)模擬結(jié)果，結(jié)合常溫、低溫調(diào)試來修正電路模型，最終實現(xiàn)電路設(shè)計。

3 結(jié) 語

本文介紹了P波段低溫低噪聲放大器的設(shè)計和調(diào)試過程，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析與說明，并成功制備LNA樣品，對各項指標(biāo)分別在常溫和低溫下進(jìn)行測試，很好地完成了設(shè)計目標(biāo)，低溫下優(yōu)良的性能達(dá)到超導(dǎo)接收機(jī)前端的要求 。

[5] Wang Guobin， Zhang Xiaoping. A 400 MHz Low Noise Amplifier at Cryogenic Temperature for Superconductor Filter System[J].Journal of Electronic Science and Technology of China，2007，5（3），230-233.