Цифровая обработка сигналов

Ток потребления ядра: ICCINT = ICCSTANDBY Ч K Ч fMAX Ч N Ч togLC;

ICCINT = 773.09 mA

Напряжение питания: Pint = VCCINT Ч ICCINT;

Pint = 2551.2 mW

Мощность по постоянному току : PDCOUT = PDCn = 0(поскольку ПЛИС нагружена на КМОП);

Средняя емкостная нагрузка: CAVE = 35 pF

Количество выходных двунаправленных выходов: OUT = 150

Среднее отношение портов ввода-вывода: togI

O = 0.125

Мощность по переменному току:

PACOUT = (0,5) Ч OUT Ч CAVE Ч 3.3V Ч fMAX Ч togIO Ч 3.3V Ч 0.001;

PACOUT = 178.66 mW

Полная мощность: PIO = PDCOUT + PACOUT, PIO = 178.66 mW

Оцененная полная мощность: PEST = Pint + PIO

PEST = 2729.86 mW

Вычисление максимальной мощности устройства.

Тепловое сопротивление: иJA = 8 ° C/W

Максимальная температура перехода: TJ = 85 ° C

Окружающей температуры: ТA = 40 ° C

Максимальная мощность устройства: PMAX = (TJ - ТA)/ иJA;

PMAX = 5.625 W

Сравнение максимальной и оцененной мощностей.

Должно быть верным выражение PEST < PMAX.

Имеем, PEST = 2.729 W и PMAX = 5.625 W

Следовательно, PEST < PMAX.

3.6 Расчет быстродействия устройства

Поскольку проектирование велось в САПРе, нет необходимости оценивать быстродействие ручными методами. В данной работе быстродействие определено с помощью временного анализатора (Timing Analyzer) САПРа Max+Plus 10.0 Baseline.

Задержка при пуске: 5,9 нс;

Задержка при переключении тактовым сигналом: 2,9 нс

Поскольку тактовый сигнал устройства привязан к глобальному тактовому сигналу в кристалле, то задержка появления сигнала на выходе относительно положительного перепада на входе clk: 3нс.

Максимальная рабочая частота составляет 135, 13 МГц.

3.7 Расчет тестовых сигналов

Для точного расчета и моделирования сигналов воспользуемся программой MathCad.

§ B : = rnorm - это функция, которая формирует шум.

§ Функция mean рассчитывает мат.ожидание.

§ Stdev рассчитывает эффективное значение.

Сформируем шум и синусоиду, рассчитаем их параметры и соответственно получим их графическое изображение:

- мат. ожидание

- эффективное значение

Рис.1

C(k) – случайный процесс (шум);

S(k) – синусоида; E(k) - аддитивная смесь сл.процесса и синусоиды.

- мат.ожидание случайного процесса B;

- эффективное значение случайного процесса B;

- мат.ожидание синусоиды;

- эффективное значение синусоиды;

- мат.ожидание аддитивной смеси сл.процесса и синусоиды;

- эффективное значение смеси сл.процесса и синусоиды.

Рис.2

Рис.3

Re(Gi) – действительная часть; Im(Gi) – мнимая часть; | Gi | - модуль.

Аналогично формируем смесь двух синусоид:

Рис.4

Получаем спектр:

Рис.5

3.8 Экспериментальная часть

Мы рассчитали сигналы для проверки стенда. Для проверки программного обеспечения и самого стенда мы сделали тест. Сделали некие реальные цифровые сигналы, которые смоделировали в MATHCAD, где и рассчитали параметры и спектры этих сигналов. Мы запрограммировали ПЛИС, привели её в режим теста. Соответственно сигналы проходят через весь тракт, поступают в программу, и программа рассчитывает и выдаёт их параметры на экран. В итоге мы оцениваем правильность работы всего устройства целиком и работу программного обеспечения, написанного для нашего устройства.

Ø Мы получили сигналы:

§ Аддитивная смесь сл.процесса и синусоиды:

§ Аддитивная смесь двух синусоид:

А также их спектры:

§ Аддитивная смесь сл.процесса и синусоиды:

§ Аддитивная смесь двух синусоид:

Рассчитанные нами сигналы и их параметры совпадают с экспериментом, что свидетельствует о исправной и правильной работе самого устройства и программного обеспечения.

4. Конструкторская часть

4.1 Выбор и обоснование принципов конструирования

Особенности конструктивного построения блоков и стендов цифровой обработки сигналов определяются:

- применением передовых схемно-технических решений и новых технологий, что приводит к комплексной миниатюризации;

- унификацией базовых модулей и составных узлов;

- созданием единой технологии их, изготовления сборки и последующего контроля;

- требованием к транспортировке всеми видами транспорта.

Опираясь на указания по конструированию, блоки и ячейки с микросхемами, электрорадиоэлементы (ЭРЭ) компонуются на базовых конструкциях, состоящих из следующих конструктивных модулей:

- ячеек на печатных платах;

- шасси блоков.

Стенд размещается в объеме одной типовой секции базовой несущей конструкции (БНК).

4.2 Конструктивное построение МПП

Стенд состоит из БНК и МПП с установленной на ней ПЛИС Altera EPF10K100ARC240. Под микросхемой на нижнем слое расположены конденсаторы ёмкостью 0.1 мкФ С10¼С13, по одному на каждую сторону ПЛИС. На МПП цепи питания разведены в отдельных слоях в виде полигонов с вырезами для переходных отверстий. Цепь питания +5 В для микросхемы выведена трассами шириной не менее 1.5 мм.

Требования по живучести и стойкости к внешним воздействиям соответствуют климатическим и механическим воздействиям, оговоренным в программе и методике испытаний изделия.

 Скачать реферат