97 lines
7.3 KiB
TeX
97 lines
7.3 KiB
TeX
\documentclass{article}
|
||
|
||
\input{settings/common-preamble}
|
||
\input{settings/bmstu-preamble}
|
||
\input{settings/fancy-listings-preamble}
|
||
\author{Оганов Владимир Игоревич}
|
||
\title{Разработка сложных электронных устройств}
|
||
\date{2023-02-08}
|
||
|
||
\begin{document}
|
||
\sloppy
|
||
\fontsize{14}{18}\selectfont
|
||
\maketitle
|
||
\tableofcontents
|
||
\newpage
|
||
\section{Введение}
|
||
Электроника базируется на физике. Разделы физики -- электричество в металлах, в полупроводниках и электромагнитные поля\footnote{\href{https://ru.wikipedia.org/wiki/Правила_Киргофа}{Киргоф}, \href{https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Ома}{Ом}}. Упрощают моделирование сложных систем, предоставляют математический аппарат.
|
||
|
||
Сложное электронное устройство: Если получается большая схема -- это признак неправильно решённой задачи. Каждая лишняя деталь -- источник шумов, погрешностей, итд. компенсация порождает лавинный эффект. Проектирование сложных цифровых устройств -- это проектирование цифровых устройств \textit{как можно проще}. Электронное устройство не работает само по себе, а всегда в связке с окружающим миром и физическими параметрами, с которыми нужно уметь работать изначально. От параметров окружающей среды (источника и потребителя) зависит выбор технологии обработки внутри.
|
||
|
||
\begin{frm} Например, digital remastering -- интерполяция звука с 44.1КГц через 96КГц в 192КГц.\end{frm}
|
||
|
||
Сейчас наблюдается тренд к максимально быстрой оцифровке аналогового сигнала. После АЦП существует два пути -- мягкая реализация, DSP-микропроцессоры, или жёсткая -- ПЛИС или CPLD.
|
||
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Сигнал -- это физический процесс, содержащий информацию;
|
||
\item электрический сигнал -- ток и напряжение изменённые во времени (связаны законом Ома).
|
||
\[
|
||
\begin{cases}
|
||
i(t)\\
|
||
u(t)
|
||
\end{cases}
|
||
\]
|
||
электричество получается по закону электромагнитной индукции Фарадея.
|
||
\item все электрические сигналы рассматриваются в двух областях -- зависимость по времени и зависимость по частоте. Во времени на сигнал смотрим осциллографом, в частоте спектроанализатор. Связаны преобразованием Фурье.
|
||
\[ \int_{-\infty}^{\infty} x(t) e^{-j\omega}dt\]
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
$x(t)$ -- это входной непрерывный сигнал, умножаем на (ортогональный базис) тригонометрическую функцию. То есть ищем спектральную составляющую (корреляционный детектор). Ортогональный базис ($\cos(\omega)+\j\sin(\omega)$) нужен для поиска фазы (если будет только синус или косинус -- будем знать только амплитуду).
|
||
|
||
Анализатор спектра (аналоговый непрерывного действия)
|
||
\begin{figure}[H]
|
||
\centering
|
||
\fontsize{14}{1}\selectfont
|
||
\includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-spectrum-analyzer.svg}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
|
||
\[ x(t) = \frac{1}{2\pi}\int_{-\infty}^\infty\ X(j\omega) e^{j\omega}d\omega \]
|
||
|
||
Когда работаем с цифровыми сигналами -- дискретное преобразование фурье, интеграл заменяется на сумму и берём не бесконченость, а определённое число отсчётов.
|
||
|
||
\begin{figure}[H]
|
||
\centering
|
||
\fontsize{11}{1}\selectfont
|
||
\includesvg[scale=.85]{pics/04-cedd-00-common-device.svg}
|
||
\caption{Электронное устройство (обобщённое)}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Датчик преобразует электрический сигнал
|
||
\item АО -- на стандартных элементах (усилители фильтры иногда умножители)
|
||
\item ФПО -- фильтр для подавления цифровых образов (двойников)
|
||
\item УВХ (устройство выборки и хранения) + АЦП
|
||
\item дискретизация по времени (УВХ) и квантование по уровню (АЦП). Сигнал при переходе в цифру всегда теряет информацию, важно минимизировать эти потери.
|
||
\item ЦВБ
|
||
\item ЦАП
|
||
\item Деглитчер
|
||
\item Восстанавливающий фильтр
|
||
\item Драйвер и аналоговое исполнительное устройство
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\begin{frm} Любое инженерное решение - это всегда компромисс. \end{frm}
|
||
|
||
Дискретизация сигнала во временной и частотной области
|
||
|
||
Дискретизация -- умножение на последовательность единичных импульсов. Дельта функция Дирака \footnote{\href{https://portal.tpu.ru/SHARED/k/KONVAL/Sites/Russian_sites/Series/4/01-6.htm}{Подробнее}}.
|
||
|
||
\[ \delta(t) = \begin{cases} +\infty t=0 \\ 0 t \neq 0 \end{cases} \]
|
||
|
||
\[ \int_{-\infty}^{\infty} \delta(t) dt = 1 \]
|
||
|
||
Бесконечная спектральная функция ведёт к бесконечной энергии, что физически невозможно. Перемножение во временной области -- это свёртка в частотной и наоброт.
|
||
|
||
\begin{figure}[H]
|
||
\centering
|
||
\fontsize{12}{1}\selectfont
|
||
\includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-signal-discretization.svg}
|
||
\caption{Дискретизация сигнала}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
|
||
Дискретный сигнал в частотной области -- бесконечное число повторяющихся копий дискретного представления сигнала. в ЦВУ мы всегда работаем с дискретным сигналом. Важно на каком расстоянии стоят частоты дискретного сигнала (виртуальные образы цифрового сигнана). Чтобы они не накладывались друг на друга нужна предварительная фильтрация (ФПО).
|
||
|
||
|
||
\end{document}
|