Разработка программного комплекса для настройки термокомпенсированных кварцевых генераторов
|
Аннотация 1
Введение в проблемную область 6
Постановка задачи 8
ГЛАВА 1. Конструкторская часть 12
1.Теория кварцевых генераторов 12
1.1 Кварцевые резонаторы 12
1.2 Кварцевые генераторы 14
1.3 Термокомпенсация 15
1.4 Обзор методов термокомпенсации кварцевых генераторов 16
1.4.1 Линейная компенсация в кварцевых генераторах 16
1.4.2 Компенсация биметаллическими компенсаторами 18
1.4.3 Компенсация сдвоенным кварцевым резонатором 19
1.4.4 Дискретный способ термокомпенсации 20
1.4.5 Компенсация при помощи термозависимого потенциометра и емкости p-n-
перехода полупроводниковых приборов (варикапов) 22
1.4.6 Цифровая термокомпенсация 23
1.5 Технический комплекс для работы по созданию нового ТККГ 26
1.5.1 Термокамера 26
1.5.2 Частотомер 28
1.5.3 Программатор 30
1.5.4 Коммутатор 33
1.5.5 Персональный компьютер 35
ГЛАВА 2. Технологическая чать 37
2.1 Программа для исследования 37
2.1.1 Подключение 38
2.1.2 Опрос 39
2.1.3 Снятие ТЧХ 40
2.1.4 Математика 42
2.1.5 CC_CF 42
2.1.6 Испытания 45
2.2 Программирование методов подбора коэффициентов термокомпенсации 47
2.2.1 Введение 47
2.2.2 Проверка годности генераторов, установленных в колодках 48
2.2.3 Снятие ТЧХ с каждого годного генератора 49
2.2.4 Выбор частоты настройки 50
2.2.5 Снятие зависимости частоты от изменения цифрового кода управления варикапом 50
2.2.6 Построение модели компенсации температурных изменений 52
2.2.7 Подбор коэффициентов 56
2.2.8 Проверка качества оптимизации с подстановкой ранее подобранных
коэффициентов 58
2.2.9 Прожиг энергонезависимой памяти микросхемы 59
2.2.10 Заключительное тестирование готового устройства 60
ГЛАВА 3. Исследовательская часть 61
3.1 Резонатор 61
3.2 Микросхема 65
3.2.1 Варикап термокомпенсации 66
3.2.2 Магазин емкостей (CCCF) 67
3.2.3 Варикап внешней подстройки 67
3.2.4 Варикапу внешней подстройки 68
3.4 Настройка резонатора 68
ГЛАВА 4. Организационно-экономическая часть 70
4.1 Введение 70
4.2 Расчет продолжительности работ и временных затрат 71
4.3 Определение численности исполнителей 73
4.4 Календарный график выполнения проекта 74
4.5 Расчет затрат на реализацию программного продукта 75
4.6 Расчет материальных затрат 75
4.7 Специальное оборудование 76
4.8 Расчет заработной платы 76
4.9 Расчет амортизационных отчислений 78
4.10 Расчет отчислений в социальные фонды и прочие расходы 78
Прочие расходы: 79
4.11 Полная себестоимость проекта 79
4.12 Определение эффективности производственных затрат 80
4.13 Расчет окупаемости проекта 81
4.14 Экономические выводы 81
ГЛАВА 5. Промышленная экология и безопасность 83
5.1 Введение 83
5.2 Анализ опасных и вредных факторов воздействия на оператора ПЭВМ 83
5.3 Требования к видеодисплейным терминалам и ПЭВМ 84
5.4 Требования к микроклимату 85
5.5 Требования к уровням шума и вибрации 85
5.6 Требования к освещению рабочего места 86
5.7 Требования к уровням электромагнитных полей 89
5.8 Требования к электробезопасности 90
5.9 Требования к пожаробезопасности 90
6. Заключение 92
6.1 Общее 92
6.2 Исследования 92
6.3 Настройка на частоту 93
6.4 Практическое применение 93
Список сокращений 94
Список литературы 95
Приложения должны быть в работе, но в данный момент отсутствуют
Введение в проблемную область 6
Постановка задачи 8
ГЛАВА 1. Конструкторская часть 12
1.Теория кварцевых генераторов 12
1.1 Кварцевые резонаторы 12
1.2 Кварцевые генераторы 14
1.3 Термокомпенсация 15
1.4 Обзор методов термокомпенсации кварцевых генераторов 16
1.4.1 Линейная компенсация в кварцевых генераторах 16
1.4.2 Компенсация биметаллическими компенсаторами 18
1.4.3 Компенсация сдвоенным кварцевым резонатором 19
1.4.4 Дискретный способ термокомпенсации 20
1.4.5 Компенсация при помощи термозависимого потенциометра и емкости p-n-
перехода полупроводниковых приборов (варикапов) 22
1.4.6 Цифровая термокомпенсация 23
1.5 Технический комплекс для работы по созданию нового ТККГ 26
1.5.1 Термокамера 26
1.5.2 Частотомер 28
1.5.3 Программатор 30
1.5.4 Коммутатор 33
1.5.5 Персональный компьютер 35
ГЛАВА 2. Технологическая чать 37
2.1 Программа для исследования 37
2.1.1 Подключение 38
2.1.2 Опрос 39
2.1.3 Снятие ТЧХ 40
2.1.4 Математика 42
2.1.5 CC_CF 42
2.1.6 Испытания 45
2.2 Программирование методов подбора коэффициентов термокомпенсации 47
2.2.1 Введение 47
2.2.2 Проверка годности генераторов, установленных в колодках 48
2.2.3 Снятие ТЧХ с каждого годного генератора 49
2.2.4 Выбор частоты настройки 50
2.2.5 Снятие зависимости частоты от изменения цифрового кода управления варикапом 50
2.2.6 Построение модели компенсации температурных изменений 52
2.2.7 Подбор коэффициентов 56
2.2.8 Проверка качества оптимизации с подстановкой ранее подобранных
коэффициентов 58
2.2.9 Прожиг энергонезависимой памяти микросхемы 59
2.2.10 Заключительное тестирование готового устройства 60
ГЛАВА 3. Исследовательская часть 61
3.1 Резонатор 61
3.2 Микросхема 65
3.2.1 Варикап термокомпенсации 66
3.2.2 Магазин емкостей (CCCF) 67
3.2.3 Варикап внешней подстройки 67
3.2.4 Варикапу внешней подстройки 68
3.4 Настройка резонатора 68
ГЛАВА 4. Организационно-экономическая часть 70
4.1 Введение 70
4.2 Расчет продолжительности работ и временных затрат 71
4.3 Определение численности исполнителей 73
4.4 Календарный график выполнения проекта 74
4.5 Расчет затрат на реализацию программного продукта 75
4.6 Расчет материальных затрат 75
4.7 Специальное оборудование 76
4.8 Расчет заработной платы 76
4.9 Расчет амортизационных отчислений 78
4.10 Расчет отчислений в социальные фонды и прочие расходы 78
Прочие расходы: 79
4.11 Полная себестоимость проекта 79
4.12 Определение эффективности производственных затрат 80
4.13 Расчет окупаемости проекта 81
4.14 Экономические выводы 81
ГЛАВА 5. Промышленная экология и безопасность 83
5.1 Введение 83
5.2 Анализ опасных и вредных факторов воздействия на оператора ПЭВМ 83
5.3 Требования к видеодисплейным терминалам и ПЭВМ 84
5.4 Требования к микроклимату 85
5.5 Требования к уровням шума и вибрации 85
5.6 Требования к освещению рабочего места 86
5.7 Требования к уровням электромагнитных полей 89
5.8 Требования к электробезопасности 90
5.9 Требования к пожаробезопасности 90
6. Заключение 92
6.1 Общее 92
6.2 Исследования 92
6.3 Настройка на частоту 93
6.4 Практическое применение 93
Список сокращений 94
Список литературы 95
Приложения должны быть в работе, но в данный момент отсутствуют
Кварцевые генераторы (КГ) широко применяются в современной радиоэлектронике. Они используются в технике радиосвязи, радиолокации, измерительной и вычислительной технике, телеметрии, в бытовых приборах таких, как наручные электронные часы, магнитофоны, сотовые телефоны, телевидение и др. Использование КГ позволяет создавать надежную радиоаппаратуру высокой точности при малых габаритах и с малой потребляемой мощностью. На ряду с традиционным использованием КГ для стабилизации частоты возбудителей, гетеродинов и синтезаторов частоты, в последнее время их используют для высокоточных измерений давления, деформации, температуры, влажности и других параметров.
В современной технике повсеместно используются приемо-передающие устройства. С ростом количества используемых частотных диапазонов и увеличением их загруженности, существенно повысились требования к стабильности опорной частоты для работы систем связи. Повышенные требования к стабильности частоты предъявляются также в системах глобального позиционирования, радиоастрономии, измерительных, медицинских и других приборах и системах. Основным типом устройств, используемых в таких системах в качестве опорных источников частоты, являются термокомпенсированные кварцевые генераторы (ТККГ). В случае использования ТККГ в мобильных и космических системах повышенные требования предъявляются не только к стабильности выходной частоты генератора, но и к массогабаритным показателям генератора.
Если некомпенсированный КГ представляет собой устройство, состоящее из кварцевого резонатора и задающей схемы, то с точки зрения компенсации температурной зависимости частоты, структура ТККГ может быть разделена на пассивную часть, представляющую собой КГ, управляемый напряжением для подстройки частоты, и активную часть, управляющую генератором, в зависимости от температуры окружающей среды. Для указанных целей широко применяются термокомпенсированные кварцевые генераторы, вопрос разработки которых наиболее полно исследован в монографиях и статьях Г.Б.Альтшуллера, а так же статьях Н.Н.Елфимова, В.Г.Шакулина, В.А.Прохорова и других. Недостатком традиционных аналоговых методов термокомпенсации является невысокая результирующая температурная стабильность частоты, низкая технологичность настройки системы компенсации, заметное старение параметров термозависимых цепей.
С течением времени на смену старым технологиям приходят новые, при этом происходит качественный скачек. Как и любое производство в конкурентной экономике ОАО «ЛИТ-ФОНОН» не может позволить себе даже на год затормозиться в развитии производства. Лучшим катализатором производственных процессов чаще всего становится переход на принципиально новое оборудование и технологии, по которым изготавливается и настраивается готовая продукция. Исходя из вышеизложенного следует сделать вывод о необходимости перехода к термокомпенсации с использованием активной части выполненной на ИС.
С развитием микроэлектроники, все большее распространение получают ТККГ с использованием активной части, выполненной на основе ИС. Данный тип генератора обладает существенно меньшими размерами и весом, меньшим энергопотреблением и большей надежностью, по сравнению с ТККГ на основе дискретных элементов.
Основной задачей активной части ТККГ является расчет компенсирующей функции, параметры которой индивидуальны для каждого ТККГ, зависят как от параметров кварцевого резонатора, так и от параметров остальных элементов системы и определяются на этапе настройки ТККГ. В случае использования микросхемы активной части этап поиска параметров компенсирующей функции существенно затрудняется из-за невозможности исследования параметров отдельных элементов системы, что ведет к снижению точности настройки ТККГ.
В современной технике повсеместно используются приемо-передающие устройства. С ростом количества используемых частотных диапазонов и увеличением их загруженности, существенно повысились требования к стабильности опорной частоты для работы систем связи. Повышенные требования к стабильности частоты предъявляются также в системах глобального позиционирования, радиоастрономии, измерительных, медицинских и других приборах и системах. Основным типом устройств, используемых в таких системах в качестве опорных источников частоты, являются термокомпенсированные кварцевые генераторы (ТККГ). В случае использования ТККГ в мобильных и космических системах повышенные требования предъявляются не только к стабильности выходной частоты генератора, но и к массогабаритным показателям генератора.
Если некомпенсированный КГ представляет собой устройство, состоящее из кварцевого резонатора и задающей схемы, то с точки зрения компенсации температурной зависимости частоты, структура ТККГ может быть разделена на пассивную часть, представляющую собой КГ, управляемый напряжением для подстройки частоты, и активную часть, управляющую генератором, в зависимости от температуры окружающей среды. Для указанных целей широко применяются термокомпенсированные кварцевые генераторы, вопрос разработки которых наиболее полно исследован в монографиях и статьях Г.Б.Альтшуллера, а так же статьях Н.Н.Елфимова, В.Г.Шакулина, В.А.Прохорова и других. Недостатком традиционных аналоговых методов термокомпенсации является невысокая результирующая температурная стабильность частоты, низкая технологичность настройки системы компенсации, заметное старение параметров термозависимых цепей.
С течением времени на смену старым технологиям приходят новые, при этом происходит качественный скачек. Как и любое производство в конкурентной экономике ОАО «ЛИТ-ФОНОН» не может позволить себе даже на год затормозиться в развитии производства. Лучшим катализатором производственных процессов чаще всего становится переход на принципиально новое оборудование и технологии, по которым изготавливается и настраивается готовая продукция. Исходя из вышеизложенного следует сделать вывод о необходимости перехода к термокомпенсации с использованием активной части выполненной на ИС.
С развитием микроэлектроники, все большее распространение получают ТККГ с использованием активной части, выполненной на основе ИС. Данный тип генератора обладает существенно меньшими размерами и весом, меньшим энергопотреблением и большей надежностью, по сравнению с ТККГ на основе дискретных элементов.
Основной задачей активной части ТККГ является расчет компенсирующей функции, параметры которой индивидуальны для каждого ТККГ, зависят как от параметров кварцевого резонатора, так и от параметров остальных элементов системы и определяются на этапе настройки ТККГ. В случае использования микросхемы активной части этап поиска параметров компенсирующей функции существенно затрудняется из-за невозможности исследования параметров отдельных элементов системы, что ведет к снижению точности настройки ТККГ.
Данная дипломная работа отражает реальную работу, которая проводилась в течении года на предприятии «ЛИТ-ФОНОН» в рамках разработки абсолютно нового термокомпенсированного кварцевого генератора в «Лаборатории перспективных разработок» под руководством Третьякова Бориса Геннадьевича. Результаты проведенной работы оказались крайне полезны для лаборатории и для всего предприятия в целом.
По результатам работы был создан программный комплекс, позволяющий проводить исследование и настройку генераторов на заданную частоту. При помощи программы для исследований было проведено множество испытаний и экспериментов, позволивших лучше понять работу устройства и сделать необходимые для дальнейшей работы выводы. Программой настройки была успешно настроена партия годных генераторов на заданную частоту 12000750Гц.
По результатам работы был создан программный комплекс, позволяющий проводить исследование и настройку генераторов на заданную частоту. При помощи программы для исследований было проведено множество испытаний и экспериментов, позволивших лучше понять работу устройства и сделать необходимые для дальнейшей работы выводы. Программой настройки была успешно настроена партия годных генераторов на заданную частоту 12000750Гц.