通信与信号类赛题实现.ppt
,通信与信号类赛题实现,刘涛 2012-6-25,项目背景,2011年本科组D题回顾,1,2,2011年专科组H题回顾,3,2009年本科组D题回顾,题目难点剖析,4,5,方案选择,6,测评参数预估计,内容提要,一、2011年本科组D题（LC 谐振放大器（D 题）,一、任务 设计并制作一个LC 谐振放大器。 二、要求 设计并制作一个低压、低功耗LC 谐振放大器；为便于测试，在放大器的输入端插入一个40dB 固定衰减器。电路框图见图1。,1基本要求 （1）衰减器指标：衰减量40±2dB，特性阻抗50，频带与放大器相适应。 （2）放大器指标： a） 谐振频率：f0 =15MHz；允许偏差±100kHz； b） 增益：不小于60dB； c）3dB 带宽：2f0.7 =300kHz；带内波动不大于2dB； d） 输入电阻：Rin=50； e） 失真：负载电阻为200，输出电压1V 时，波形无明显失真。 （3）放大器使用3.6V 稳压电源供电（电源自备）。最大不允许超过360mW，尽可能减小功耗。,二、2011年本科组D题（LC 谐振放大器（D 题）,2发挥部分 （1）在-3dB 带宽不变条件下，提高放大器增益到大于等于80dB。 （2）在最大增益情况下，尽可能减小矩形系数Kr0.1。 （3）设计一个自动增益控制（AGC）电路。AGC 控制范围大于40 dB。AGC 控制范围为 20log(Vomin/Vimin)20log(Vomax/Vimax)（dB）。 （4）其他。,二、2011年本科组D题（LC 谐振放大器（D 题）,1、多级LC双调谐的方式实现了小信号的调谐放大。 2、采用3DG130三极管以保证其功耗要求。 3、MSP430低功耗单片机显示电源输出电压与输出电流和输出信号峰峰值。,整体方案确定,系统整体框图,核心电路（双调谐电路）,核心电路（AGC）,作品实物,一、任务 设计并制作一个波形采集、存储与回放系统，示意图如图1 所示。该系统能同时采集两路周期信号波形，要求系统断电恢复后，能连续回放已采集的信号，显示在示波器上。,二、2011年专科组D题 （波形采集、存储与回放系统(H 题)）,二、要求 1基本要求 （1）能完成对A 通道单极性信号（高电平约4V、低电平接近0V）、频率约1kHz 信号的采集、存储与连续回放。要求系统输入阻抗不小于10 k，输出阻抗不大于1k。 （2）采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周期。原信号与回放信号电平之差的绝对值50 mV，周期之差的绝对值5%。 （3）系统功耗50mW，尽量降低系统功耗，系统内不允许使用电池。,二、2011年专科组D题 （波形采集、存储与回放系统(H 题)）,2. 发挥部分 （1）增加B 通道对双极性、电压峰峰值为100mV、频率为10Hz10kHz 信号的采集。 可同时采集、存储与连续回放A、B 两路信号，并分别测量和显示A、B 两路信号的周期。B 通道原信号与回放信号幅度峰峰值之差的绝对值10 mV，周期之差的 绝对值5%。 （2）A、B 两路信号的周期不相同时，以两信号最小公倍周期连续回放信号。 （3）可以存储两次采集的信号，回放时用按键或开关选择显示指定的信号波形。 （4）其他。,二、2011年专科组D题 （波形采集、存储与回放系统(H 题)）,1、以MSP430F149单片机为核心，利用其内部自带A/D，D/A进行信号的采样与恢复。 2、信号输入采用低功耗运放LMV358（210uA）进行处理。 3、采用TPS78001低功耗电源芯片实现系统的电源处理。,整体方案,核心电路（A路输入，输出）,输入电路,输出电路,核心电路（B路输入，输出）,输入电路,输出电路,一、任务 设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。 二、要求 1基本要求 （1）制作2个探测节点。探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0100，绝对误差小于2；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。 图1 探测节点分布示意图,三、2009年本科组D题 （无线环境监测模拟装置（D题）,（2）制作1个监测终端，用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。,三、2009年本科组D题 （无线环境监测模拟装置（D题）,（3）无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在010cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。 2发挥部分 （1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。,三、2009年本科组D题 （无线环境监测模拟装置（D题）,（2）在监测终端电源供给功率1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。 （3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。 （4）其他。,三、2009年本科组D题 （无线环境监测模拟装置（D题）,1、MC145443实现FSK（2.025k/2.225k）数字调制、解调。 2、FSK信号送至MC2833进行频谱搬移。 3、解调采用收音机芯片CXA1691实现FSK解调。,整体方案,系统整体框图（监测终端）,系统整体框图（探测节点）,核心电路（FSK调制、解调电路）,核心电路（频谱搬移电路）,MC2833调制发射电路,核心电路（FSK解调电路）,CXA1691解调电路,作品实物,LC 谐振放大器 （U=3.6V P=360mW I=100mA) 波形采集、存储与回放系统 （U=3.3V P=50mW I=15mA) 无线环境监测模拟装置 (探测节点采用干电池供电),四、题目难点剖析,1、低功耗问题,LC 谐振放大器 输入Vi50V 放大增益80dB(1000倍) AGC控制 矩形系数 波形采集、存储与回放系统 大信号的单极性信号和双极性的小信号处理 输入输出幅度差值小。,四、题目难点剖析,2、小信号处理,波形采集、存储与回放系统 AD采集后的数字信号处理及信号的恢复，且能够很好的保证幅度在误差范围内。 无线环境监测模拟装置 实现探测节点A,B的接力传输，需选择合适的帧结构。,四、题目难点剖析,3、程序难点,MCU:选择PIC/TI等低功耗的控制器，选择过程中应该注重学生熟练程度。 赛前训练过程中，应注意这方面器件的使用。 信号线的选择：对于小信号尽量采用SMA线，减少干扰及线上的损耗。 测量仪表的选择。,五、方案选择,1、选择低功耗的控制器,2、选择低功耗低噪声放大器,3、选择合适的测量工具及仪器,题目中出现 “尽可能减小功耗”，给定的是P360MW,在设计过程中尽可能降低到它的一半，也就是180MW。 题目中出现“尽可能减小矩形系数Kr0.1”，根据理论分析，应该使Kr0.1接近于2。 “尽量降低各探测节点的功耗”，一般在评测中，在其他条件都一样的情况下，功耗低的得分最高。,六、评测参数预估计,1、如何达到评测中的参数,题目中出现 输入“电压峰峰值为100mV，10Hz10kHz”，在实际的评测过程中，一般会测试最低频率，最少幅度和最高频率，最大幅度的输入信号。,六、评测参数预估计,2、指标差数测量,信号输出，输入口 （如接信号源，示波器，频谱仪，扫频仪，连接不同的负载等） 测试电流，电压口 （测试功耗中需要接入电流表，电压表等）,六、评测参数预估计,3、预留测试端口,4、作品操作需熟练。,谢谢！,
