При приоектировании систем ЦОС требуется обеспечить определенный динамический диапазон при заданной величине отношения с/ш. В этом случае по заданным величинам D и R_ш требуется определить разрядность кодов, используемых для представления отсчетов обрабатываемого сигнала. Необходимо оценить требуемые разрядности входного и выходного сигналов. Т.е. определить требования к АЦП / ЦАП и разрядность элементов памяти DSP.[5]

В нашем случае за основу был взят 16-ти разрядный сигнальный процессор фирмы ANALOG DIVICES ADSP-2191M. т.е. система с заданной архитектурой и параметрами цифрового устройства. Большинство операций предполагает представление чисел в дополнительном коде, в остальных случаях предполагается работа с беззнаковыми числами или простыми последовательностями двоичных символов.[6] В этом случае необходимо определить разрядность входного m_вх и выходного m_вых сигналов. При этом полагают что m_вх = m_вых . Оценим величины m_вх и m_вых по алгоритму приведенному в [4]. При D = 80 дБ и R_ш = 16 дБ. [5]

1) Оценим величину m_D – разрядность цифрового кода входного сигнала, при которой обеспечивается заданная величина динамического диапазона (без гарантии получения требуемой величины отношения с/ш).

m_D = int(D/20lg2) (3.1)

m_D = 14

где int(В) – наименьшее целое число, не меньше , чем число В.

2) Оценим допустимую величину мощности выходного шума, при которой обеспечивается заданная величина отношения с/ш.

Р_ш,доп = σ²_{вых,доп} = 0.5*10  (3.2)

σ²_{вых,доп} = 1.26*10^-10

3) Оценим величину дисперсии собственного шума системы. Поскольку система реализуется на DSP с известными параметрами,то:

σ²_вых,с = 6.23*10^-15

4) Оценим допустимую величину дисперсии составляющей выходного шума, обусловленую квантованием входного и выходного сигналов DSP.

σ²_вых+вх ≈ 1.26*10^-10

5) Оценим величину m_R – разрядность цифрового кода входного и выходного сигналов DSP, при которой обеспечивается заданная величина отношения с/ш (без гарантии получения требуемой величины динамического диапазона)

Положив m_вх = m_вых = m_R

Отсюда

m_R = (3.7)

m_R = 16

6) Оценим разрядность входного и выходного сигналов m_вх\вых, при которой обеспечивается заданная величина динамического диапазона и отношение с/ш. Из (3.6) и (3.1) получаем

m_вх\вых = max{ m_D, m_R } (3.8)

m_вх\вых = 16

7) Оценим реальную величину отношение с/ш при определеной из (3.8) разрядности входного и выходного сигналов. Для этого оценим величину мощности полного выходного шума.

Р_ш = σ²_вых = σ²_вых+вх + σ²_вых,с (3.9)

σ²_вых = 8.15*10^-11 ( -100.9 дБ )

8) Оценим величину динамического диапазона входного сигнала

D_вх = 20lg2^mвх (3.10) D_вх = 96.3 дБ

9) Оценим величину порогового отношение с/ш

R^п_ш = 10lg  (3.11)

R^п_ш = 1.6 дБ

Собственный шум данного фильтра, реализованного на DSP 2191М, практически не влияет на полный выходной шум. Величины динамического диапазона и отношение с/ш определяются только разрядность входного и выходного сигналов. При заданных требованиях динамический диапазон полностью определяется разрядностью входного сигнала. Полученная величина отношения с/ш на нижней границе динамического диапазона оказалась лучше требуемой. Фактически данная система обеспечивает динамический диапазон порядка 96.3 дБ с хорошим запасом по отношению с/ш. [5]

Выбор элементов

Согласно предьявляемым требованиям, полученным результатам и имеющейся элементной базе, было решено использовать АЦП, DSP и элементы памяти фирмы ANALOG DIVICES.

В частности был выбран сигнальный процессор ADSP- 2191M, АЦП AD9223 ARO214 и программная логика сдвумя регистрами ALTERA MAX EPM 3128 ATC.

Печатная плата двусторонняя, резистивные элементы и конденсаторы отечественного производства.