CC BY
41
Секция теоретических основ радиотехники
УДК 621.397
А.К. Филатов, Р.К. Филатов
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗВЕНЬЕВ ТРАКТА ПЕРЕДАЧИ
ИЗОБРАЖЕНИЯ СИСТЕМЫ СЕКАМ И ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ В СРЕДЕ MICRO-CAP V
Существует множество программных сред, позволяющих моделировать радиоэлектронные схемы. Среди них: Hypersignal, SPICE, Virtual Circuit Design Lab, SIMULINK, Maxwell Spicelink, Micro-Cap, Workbench и т.д. Стоимость таких систем лежит в пределах от нескольких десятков до нескольких тысяч долларов. Выбор системы моделирования MicroCap V для задач моделирования тракта передачи изображения обусловлен её сравнительной простотой и достаточно большими возможностями.
В среде Micro-Cap V можно производить анализ в частотной и временной областях, анализ по постоянному току и анализ методом Монте-Карло. Моделировать можно аналоговые, цифровые и смешанные устройства. Особо привлекательным Micro-Cap V делает возможность добавления новых элементов и макросхем (макросов). При использовании макросов анализ можно производить на уровне функциональных электрических схем.
Авторами данный программный пакет использовался для моделирования основных звеньев тракта передачи изображения системы СЕКАМ и генерирования телевизионных испытательных сигналов. Данная работа была проведена с целью определения элементов тракта передачи и их оптимизации.
В комплект поставки Micro-Cap V входит набор готовых макросов, некоторые из которых оказались полезными при построении элементов тракта передачи. Использовались следующие стандартные макросы: усилитель, сумматор, перемножитель, устройство вычисления модуля, двусторонний ограничитель и генератор, управляемый напряжением (ГУН). Следует отметить, что при использовании стандартного сумматора и перемножителя анализ в частотной области даёт недостоверные результаты. Корректное использование сумматора и перемножителя возможно только при проведении анализа во временной области. Кроме вышеперечисленных элементов, авторами был создан ряд новых макросов: квантующее устройство, линия задержки, фазовращатель на 90° в полосе частот сигнала цветности СЕКАМ, частотный детектор СЕКАМ, устройство матрицирования RGB, корректирующие фильтры "точный клеш" и "точный антиклеш", режекторный фильтр СЕКАМ, разделитель спектра ВЧ/НЧ, фазовый корректор, фильтры Кауэра и Баттерворта, а также генератор тестовых сигналов. Пример макроэлемента - частотный детектор СЕКАМ - приведен на рис. 1.
хт
*
Х2
XI
DELAY(100n)
<э-
Х4
кауэс5(3 6) *—j Кауэр5
Х5
Х6
каузр5(і.8)
Кэуэр5
Рис. 1. Частотный детектор СЕКАМ
На рис. 1 обозначено: XI - двусторонний ограничитель, параметрами которого являются уровни ограничения и коэффициент передачи; Х2 - идеальная линия задержки; ХЗ - перемножитель; Х4, Хб - кауэров-ские фильтры нижних частот пятого порядка с частотами срезов 3.6 МГц и 2.8 МГц соответственно; Х5, Х7 - идеальные усилители.
При использовании макросов "большой интеграции" достаточно сложные устройства могут быть представлены в виде компактной функциональной схемы. Система Micro-Cap V допускает использование вложенных макросов, т.е. использование макросов внутри макроса. Однако при увеличении в схеме числа сложных макроэлементов скорость расчета существенно падает. Пример схемы декодера СЕКАМ приведен на рис. 2.
Х6
Рис. 2. Функциональная схема декодера СЕКАМ с тестовым
генератором
На рис. 2 обозначено: XI - макрос генератора тестовых сигналов; Х2, ХЗ — разделители сигналов яркости и цветности со встроенными прецизионными частотными детекторами (для "красной" и "синей" строки соответственно); Х5 - устройство матрицирования ИСВ; Х6, Х7, Х8 -двусторонние ограничители; Х9, Х10 ... Х13 - идеальные усилители; Х14, Х15 - линии задержки. Устройство матрицирования II СВ, изображенное на рис. 2, преобразует входные сигналы Бд, Бв и У по следующему закону:
3B
Л = -^- + Г; 1,9
B = ^- + Y; 1,5 ’
G =
Y - 0,299 • /? - 0,1 14 • # 0,587
Для расчета характеристик тракта передачи изображения, а также для оценки достоверности моделирования был сформирован ряд испытательных сигналов. В качестве испытательных сигналов использовались следующие образцы: полный цветовой телевизионный сигнал вертикальных полос с убывающей яркостью (ВЦП1), сигналы Dr и D-g, sin2-импульс с длительностью Т (Т-импульс) [1], прямоугольные импульсы. Micro-Cap V предоставляет пользователю возможность формировать напряжение произвольной формы при помощи генератора типа NFV. Например, широко используемый в телевизионной технике испытательный сигнал "Т-импульс" описывается следующей формулой:
S(r) =
sin: -^t при 0 < 1 < 2Т; 0 при Q> I >2Т ,
где Т = \l(2-f,p) = 166 не - длительность sin1-импульса по основанию.
В формате Micro-Cap V последняя формула примет следующий вид: POW(sin(2*PI*3Meg*t),2)* 1 *(t<=0.083*2us).
Сигналы Dr, Db и ВЦП1 формировались подобным образом в соответствии с требованиями действующего стандарта [2]. Для удобства наблюдения сигнал ВЦП1 формировался одновременно для двух телевизионных строк: "красной" и "синей".
Особое внимание при работе с системами, подобными Micro-Cap V, следует обращать на достоверность полученных результатов. Для проверки системы моделирования можно использовать тестовые задачи с заранее известным результатом. При тестировании системы Micro-Cap V выяснилось, что для получения достоверных результатов временной шаг в расчетах следует брать на один _ два порядка меньший, чем следует из теоремы Котельникова. Так, если используется сигнал с максимальной частотой в спектре 10 МГц, то для получения достоверных результатов шаг в расчетах следует брать не более 2 ... 3 не.
Зависимость отношения сигнал/шум и затрачиваемого времени от шага расчета при расчете типичной схемы приведена на рис. 3. Видно, что точность расчета прямо пропорционально связана с величиной шага. Поэтому необходимо искать компромисс между точностью и скоростью расчета.
шаг, не
Рис. 3. Зависимость отношения с/ш и требуемого времени от шага
расчета
Была разработана программа, позволяющая преобразовать рассчитанные сигналы ИОВ в телевизионное изображение на экране компьютерного монитора. Полученные модели и программы могут успешно использоваться при схемотехническом проектировании РЭА, а также в учебном процессе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. 3-е изд., доп. и перераб. М.: Радио и связь, 1989. 608 с..
2. ГОСТ 7845-92. Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений.
УДК 621.3.3
В.Н. Бирюков МОДИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ ШИЧМЕНА-ХОДЖЕСА
Основным недостатком модели полевого транзистора Шичмена— Ходжеса, широко использующегося в автоматизированном анализе цепей, является ее аналитичность на отдельных интервалах, что затрудняет, например, анализ нелинейных искажений при малом сигнале или параметрическую идентификацию. Ниже показано, что, оставаясь в рамках указанной модели (пользуясь теми же параметрами), можно получить модель в виде аналитической функции.
