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.