Дипломдық ЖҰмыс кварцты автогенератордың сұлбасын қолданбалы бағдарламаның көмегімен талдау
Дипломдық жұмысты/жобаны дайындау КЕСТЕСІ
жүктеу/скачать 0,77 Mb.
|
ДЖ Нургазина
- Бұл бет үшін навигация:
- Аяқталған дипломдық жұмысты (жобаны) көрсете отырып, ДЖ/ДЖ-ға қатысты бөлімдердің кеңесшілері қол қою
- Белгілеулер мен қысқартулар
- Кіріспе Дипломдық жұмыстың өзектілігі
- Дипломдық жұмыстың мақсаты
- Дипломдық зерттеудің объектісі
- 1 Кварцты автогенератордың негізгі мүмкіндіктері 1.1 Кварцты автогенератор түрлері
Дипломдық жұмысты/жобаны дайындау КЕСТЕСІ
Аяқталған дипломдық жұмысты (жобаны) көрсете отырып, ДЖ/ДЖ-ға қатысты бөлімдердің кеңесшілері қол қою
Ғылыми жетекшісі: __________________________ Искакова А. Б. Тапсырманы орындауға қабылдаған білім алушы: ___________ Нургазина Д. Д. Күні 2021 жылы 29 желтоқсан Белгілеулер мен қысқартулар
Мазмұны
Кіріспе Дипломдық жұмыстың өзектілігі: Қазіргі таңда кварцты автогенераторлар интгералдық микросұлбаларда кеңінен қолданылады. Мысалы, олар үш нүктелі сыйымдылық сұлбалардың негізінде құрастырылған кварцтық резонаторлар. Осындай резонаторлар негізгі жиілікте генерациялау үшін немесе механикалық гармоникаларды генерациялау үшін қолданылады. Кварцты резонаторлардың негізінде жасалынған автогенераторлар кеңінен қолданысқа ие. Себебі, олардың фазалық шулар мен джиттердің мәндері төмен, сапасы жоғары, жоғары тұрақты температуралық және уақыттық жиіліктердегі белгілі жиіліктегі тербелістерді алу мүмкіндіктеріне негізделген. Сонымен қатар, кварцтық автогенераторларды жұмысын қолданбалы бағдарламалардың көмегімен талдау және оның виртуалдық моделін инженерлік білім беруде қолдану өзекті мәселердің бірі болып саналады. Дипломдық жұмыстың мақсаты: кварцты автогенератордың сұлбасын қолданбалы бағдарламаның көмегімен талдау. Дипломдық жұмыстың міндеттері: 1) кварцты автогенератордың негізгі мүмкіндіктеріне шолу жасау; 2) кварцты автогенератор сұлбасын талдауда қолданылатын бағдарламаларды таңдау және оның жұмысын модельдеу. Дипломдық зерттеудің объектісі: кварцты автогенератордың сұлбасын қолданбалы бағдарламаның көмегімен талдау процесі. Практикалық маңыздылығы: кварцты автогенератор сұлбасын талдауда қолданылатын бағдарламалардың негізінде алынған талдау және оның виртуалдық моделін инженерлік білім беруде қолдану. 1 Кварцты автогенератордың негізгі мүмкіндіктері 1.1 Кварцты автогенератор түрлері Қолданылу аймағына қарай кварцты автогенераторлар жиілікті қосымша тұрақтандыру (ХО) және параметрлерді түзетумен құрастырылады: термокомпенсациядан тұратын автогенераторлар (TCXO); термостаттаудан тұратын автогенераторлар (OCXO); қос термостаттаудан тұратын автогенераторлар (DOCXO); вакуумдалған термостатталған автогенераторлар. Аталған автогенераторлардың түрлері 1-суретте келтірілген 1-сурет – Кварцты автогенераторлардың негізгі түрлері және қолданылу аймағы Жиілікті автоматты түрде фазалық реттеу жүйелерінде (VCXO) кернеумен басқарылатын кварцты автогенераторлар қолданылады. Жиіліктік-температуралық тұрақтылықтың анағұрлым жоғары көрсеткішін алу үшін VCXO термостатқа (VCOCXO) орналастырылады немесе термокомпенсациядан (TCVCXO/VCTCXO) тұруы мүмкін. Әр түрлі типтегі кварцтық автогенераторлардың ерекшеліктерін қарастырайық. ХО (Crystal oscillator) – кварцты автогенератор. Осындай генераторлар күшейткіш элементтен , үш нүктелі сұлбадан тұратын генератор болып табылады. Сұлбада кварцтық резонатор эквивалентті индуктивтілік ретінде қолданылады. Олардың жиіліктік-температуралық тұрақтылығы 15-100 ppm аралығында орналасқан. Кесу типіне қарай автогенераторлар жалпы қолданыстағы және преизионды деп бөлінеді. VCXO (Voltage Controlled Crystal Oscillator) –шығыстық жиілігі реттелетін, кернеумен басқарылатын кристалдық автогенераторлар. Олар стандартты кристалдық автогенераторлармен салыстырғанда фазалық шу индексінің үлкен мәндерімен сипатталады, жиілік-температуралық тұрақтылық 15-100 ppm. Жиіліктің температуралық ығысуын өтеу үшін қондырғыларда термисторлар қолданылады. TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) – температура компенсацияланған кристалдық автогенератор. Температураны өтеу үшін аналогты-цифрлық (ADTCXO), сандық немесе микропроцессорлық (DTCXO немесе MCXO) түрлері де мүмкін. Жиілік-температуралық тұрақтылық мәні – 40...85 °C температура диапазонында 0,1-5 ppm құрайды. OCXO (Oven Controlled CrCrystal Oscillator) – термостатталған кристалды автогенераторлар және DOCXO (Double Oven Controlled Crystal Oscillator) – қос термостатталған кристалды автогенератор. Кварцты автогенераторлардың басқа түрлерімен салыстырғанда тиімді болатын жиілік-температура тұрақтылыққа, сондай-ақ төмен фазалық шуға ие. Мысалы, Pascall Electronics генерация жиілігінен 10 кГц ауытқу кезінде фазалық шу көрсеткіші L = -178 дБс/Гц болатын OCXO шығарады. NEL өнімдері үшін ұқсас көрсеткіш -185 дБс / Гц. Жиілік тұрақтылығын жақсарту үшін төлем бағаның, қуат тұтынудың және салмақ пен өлшем көрсеткіштерінің өсуі болып табылады. EMXO (Evacuated Miniature Oven Controlled Crystal Oscillator) – вакуумдалған термостатталған кварцты автогенераторлар. Олар алдыңғы қарастырылған құрылғылардан қарағанда өлшемдері кіші және аз қуат тұтынуымен ерекшеленеді. Жиілік-температура тұрақтылығы бойынша олар OCXO және TCXO арасында орналасқан. Олардың айрықша ерекшелігі – радиацияға және басқа сыртқы әсерлерге төзімділігі бар. Автогенератордың негізгі сипаттамалары: номиналды жиіліктердің мүмкін мәндерінің диапазоны (fnom), сыртқы параметрлерді өзгерту кезінде номиналды жиіліктің тұрақтылығы (Δf/f, ppm немесе ppb), фазалық шу мен джиттер деңгейі, шығыс сигналының түрі және қорек көзі кернеуінің мәні. Номиналды жиілік (fnom) дегеніміз параметрі мәні мен тұрақтылығы автогенератордың спецификациясында көрсетілуі керек шама . fnom диапазонын ұлғайту үшін үшінші немесе бесінші гармоникадағы тербелістерді қозу режимі қолданылады. Тұрақтылық көрсеткіштері негізінен үш негізгі құрамдас бөліктен тұрады: бастапқы жиілікті орнату дәлдігі, жиілік-температура және жиіліктің ұзақ мерзімді тұрақтылығы. Бұл көрсеткіштер кварц резонаторларының параметрлерімен анықталады [1]. Бастапқы жиілікті орнату дәлдігі (fкалибр) автогенераторларды сату кезінде 25 °C температурада сипаттамада мәлімделген жиіліктен,ықтимал жиілік ауытқуларының диапазоны ретінде анықталады. Жиілік-температураның тұрақтылығы (f(T°C)) – жұмыстық температуралық диапазонда автогенератор жиілігінің мүмкін болатын максималды ауытқуының деңгейі. Ол миллиондық (ppm) немесе миллиардтық (ppb) үлестермен өлшенеді. Бұл сипаттама жиілік тұрақтылығының орташа мерзімдік көрсеткіші болып табылады, оны өлшеу интервалы бірнеше минуттан бірнеше сағатқа дейін өзгереді. Ұзақ мерзімді тұрақтылық (қартаю-тозу) басқа параметрлер өзгеріссіз қалған жағдайда кристалдың генерация жиілігінің уақыт бойынша өзгеруін көрсетеді. Бұл параметрді өлшеу кезінде қоршаған орта жағдайлары ескерілмейді. Уақыт өте келе қартаю қарқындылығы баяулайды. Фазалық шу жалпылау шуынан, термиялық және атыс шуынан туындайтын стохастикалық тербелістер деп аталады. Фазалық шу берілген Sφ(fm) жиіліктік диапазонда фазалық флуктуациялар қуатының спектрлік тығыздығымен анықталады (Rad2/Гц-пен өлшенеді). Автогенераторлардың спецификациясында фазалық шу берілген мәндегі шу куатының спектрлік тығыздығының тербелістің толық қуатына қатынасымен анықталынады, яғни L(fm)=1/2Sφ(fm) қатынасы ретінде. Егер фазалық девиация 1 рад-нан әлдеқайда аз болса, онда осындай апроксимация орындалатын болады [2]. Бұл жағдайда фазалық шудың өлшемі дБс/Гц. Vectron International кварцтық AGs үшін бұл көрсеткіштің мәндері генерация жиілігі 10 кГц (2) генерациялау кезінде – 167... –123 дБс/Гц диапазонында жатады. [3]. 2-сурет – Vectron International компаниясының РХ-990 кварцты автогенераторы үшін фазалық шудың мәні, номиналды жиілігі 120 МГц «Magic Crystal» және «Crystek» компаниялары шығарған автогенератордың фазалық шуы сәйкесінше – 170...145 дБс/Гц [4] және – 164...– 120 дБс/Гц тең [5]. «Pascall Electronics» және «NEL» компаниялары ұсынған термостатталған кварцты автогенераторлар L(fm) ең төменгі мәндерімен ерекшеленеді. Джиттер уақыттық аумақтағы шуыл көрсеткіштерін сипаттайды. Халықаралық электр байланысы одағының (International Telecommunication Union, ITU) анықтамасына сәйкес, идеал мәнмен (ТБЖ) салыстырғанда уақыттық аумақтағы сандық сигналдың мәнді сәттерінің қысқа мерзімді өзгерістері джиттер деп аталады.(3-сурет) [6]. Джиттер 3-сурет – Шудың әсерінен импульс фронтының ығысуы Джиттер әдетте бірлік интервалдарда, градустарда, абсолютті уақыт бірліктерінде көрсетілуі мүмкін (соңғысы көбінесе спецификацияда көрсетіледі). Джиттерді өлшеу үшін синхроимпульстің тірек фронттары беріледі. Осы фронтпен басқа импульстердің фронттары салыстырылады және алынған осы мәліметтер негізінде джиттердің орташа квадраттық және шекті мәндері есептелінеді. Сонымен қатар, джиттердің орташа квадраттық мәні (σrms) фазалық шулардың мәндері (Sφ(fm)) немесе L(fm)) өрнектеледі. Ол үшін қайта есептеу формулалары қолданылады [7]: , мұнда – фазалық шулар дисперсиясы; және – джиттердің мәні есептелінетін диапазонда генерация жиілігінен жиіліктік ығысу мәндері (4-сурет). Әдетте, спецификацияда бір период ішіндегі фронттың флуктуациялар деңгейінің орташа квадраттық мәні көрсетіледі. 4-сурет – Автогенератордың трапециалы шығыстық сигналы Қазіргі заманғы генераторлар үшін бұл көрсеткіштің мәні жиілік диапазоны 12 кГц-тен 20 МГц-ке аралығында 0,5-20 пс аясында болады. Осы диапазонда «Vectron» компаниясының VC-708 автогенераторындағы джиттер мәні бұдан да аз, яғни ол 47-100 фс құрайды Автогенераторлар көбінесе тактілік генераторлардағы тірек көзі ретінде қолданылатындықтан, оларды таңдау кезінде тек джиттердің мәніне ғана емес, сонымен қатар импульс фронттарының өсу (tөсу)/ түсу (tтүсу) уақытының көрсеткіштеріне және симметриялылығына назар аударған дұрыс болады (5сурет.). Симметриялылық (немесе толтыру коэффициенті) пайызбен берілген импульстар ұзақтығының (τ) олардың қолданылу кезеңіне (T) қатынасы ретінде анықталады 5-сурет – Әр түрлі сигналдардың деңгейі Көптеген өндіруші-компаниялар 40-тан 49%-ға дейінгі симметриялық көрсеткішті генераторларды ұсынады. Автогенераторлардың шығыстық сигналдары синусоидалы, шектеулі-синусоидалы немесе трапеция тәрізді болуы мүмкін (CMOS, PECL, LVPECL, LVDS, HCSL және т.б). Соңғы жағдайда шығыстық сигналдың деңгейі қолданылатын логиканың түріне байланысты болады (6сурет) [6]. Кварцты автогенераторлар әртүрлі радиоэлектронды жүйелер үшін шығарылады: автомобиль электроникасы, авиациялық және ғарыштық технологиялар, өлшеу және сынақ жабдықтары және т.б. Оларды корпустап қаптау тәсілдері әр түрлі болады (сурет-7). 7-сурет – Кварцты автогенераторлардың мүмкін болатын корпустық қаптамалары Әскери және аэроғарыш өнеркәсібінде, авионика және басқа да бірқатар салалар үшін тез өзгеретін және шамадан тыс жүктемелер болғанда жұмыс істейтін автогенераторлар қажет. Сондықтан сапасына қатаң талап қойылатын техниканы өндіру барысында автогенератор соққыға төзімділік және дірілге төзімділік (G-sensitivity) мәндерін ескере отырып таңдалады. Ортақ қолданыстағы құрылғыларда бұл параметрлер соншалықты маңызды емес, өйткені олар жеңіл жағдайларда қолданылады. Соққыға төзімділік – резонатордың, яғни автогенератордың белгілі бір күштің механикалық әсеріне төтеп бере алу қабілеті деп есептеледі. Мұндай әсерлер жиілік тұрақтылығының нашарлауына ғана емес, сонымен қатар резонатордың механикалық зақымдалуына әкеліп соғуы мүмкін. Соққыға төзімділікті арттыру үшін үш немесе төрт тірек нүктелерден тұратын арнайы резонаторлық корпус қолданылады [1], бұл 1000-20000 g соққыларға төтеп беруге мүмкіндік береді, ал беткі монтаждау үшін керамикалық корпустағы екі нүктелі бекіту 50-200 g соққыларға төтеп береді. Дірілге төзімділік – автогенераторға қолданылатын діріл деңгейіне байланысты генерация жиілігінің өзгерісі ретінде анықталады (ppb/g өлшенеді). Кварцты резонаторы кері пьезоэлектрлік әсер негізінде жұмыс істейтіндіктен, резонаторға түсірілетін қосымша қысым оның жұмыс жиілігін өзгертеді және фазалық шулар мәндерін арттырады (сурет 8а) [8]. а) діріл әсер еткен кездегі фазалық шудың өзгерісі ә) дірілге төзімділіктің діріл жиілігінен тәуелділігі 8-сурет – Дірілге төзімділік көрсеткіштері Дірілге төзімділікті анықтау үшін автогенератор сынақ қондырғысына орналастырылады және берілген жиілікте діріл әсеріне ұшыратылады. Өлшеулер үш ось бойынша кезекпен жүргізіледі. Алынған нәтижелер дірілге төзімділіктің қолданылатын діріл жиілігіне (ТБЖ) тәуелділік графигі түрінде ұсынылады (сурет 8ә) [8]. Әр автогенератор үшін өзінің арнайы қолдануына байланысты жоғарыда аталған ең маңызды параметрлері. Оңтайлы схематикалық шешіммен үйлесімді болатын қажетті параметрлері бар автогенераторды дұрыс таңдау нақты әзірлемеге қойылатын талаптарға жауап беретін құрылғыларды жасауға мүмкіндік береді. жүктеу/скачать 0,77 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|