Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 39

Фильтры на ППЗ оперируют с аналоговыми выборками при­нимаемого сигнала Y(k),взятыми в дискретные моменты времени  и описываются дискретной импульсной характеристикой конечной (КИХ) или бесконечной (БИХ) длительности. Отклик дискретного фильтра в общем случае описывается соотноше­нием [1].

где — весовые коэффициенты.

Такие фильтры делятся на 2 группы: нерекурсивные или трансверсальные  и рекурсивные. Как правило, КИХ-фильтры реализуются по нерекурсивной схеме, а БИХ-фильтры могут ^быть реализованы лишь по рекурсивной схеме.

В радиоприемных устройст­вах .рекурсивные фильтры на ППЗ находят применение в основном для реализации по­лосовых либо низкочастотных фильтров с очень высокой из­бирательностью (до 30 дБ на октаву) и низким уровнем бо­ковых лепестков АЧХ (до —60 дБ). Например, на рис. 3.9 приведена          нормированная

АЧХ        ФНЧ        на        ИМС КППФН1.

Для согласованной фильтрации радиолокационных сигналов чаще используются более простые в технической реализации трансверсальные фильтры. Как следует из выражения (3.12), трансверсальная фильтрация сводится к взвешиванию задержанных отсчетов входного сигнала и их суммированию. Простейший трансверсальный фильтр на ППЗ представлен на рис. 3.10. В состав схемы входят два квадратурных канала с фазовыми

детекторами, осуществляющими перенос спектра сигна­ла в область видеочастот (в связи с ограниченным быстродей­ствием ППЗ), аналоговыми ключами, необходимыми для времен­ной дискретизации и ППЗ — линиями задержки. Требуемые ве­совые коэффициенты а_т (3.12) реализуются подбором сопротивле­ний резисторов Суммирование .производится с помощью операционного усилителя.

Для упрощения операции взвешивания задержанных отсчетов входного сигнала широко применяют метод (взвешивания с помо­щью разрезных электродов (рис. 3.11). При этом электроды од­ной из фаз 3-х фазной ППЗ—линии задержки разделяются на две части длиной  и . Шины, соединяющие одноименные части раз­резных электродов, подключены к выходу СФ через каскад счи­тывания, выполненный в виде дифференциального усилителя. Че­рез этот же усилитель к разрезным электродам подводится на­пряжение тактового питания  В момент подачи тактового им­пульса  протекающий через линию зарядовый пакет индуциру­ет в разрезных электродах токи, пропорциональные их площади (емкости). Равенство длин верхней и нижней частей разрезного электрода соответствует его нулевому весовому коэффициенту. При  весовой коэффициент положителен, а при  отри­цателен. Если отношение длин =(l+a_m)/(l—a_m), то на вы­ходе дифференциального усилителя получаем сигнал, пропорцио­нальный

Для оценки характеристик трансверсального фильтра может быть использовано -соотношение, связывающее параметры его нормированной АЧХ  (рис. 3.12)  и параметры ППЗ  [3].

где М — число каскадов ППЗ — линии задержки:

      — тактовая частота;

 — частота среза АЧХ и граничная частота   соответственно

 — относительная амплитуда пульсаций    АЧХ в полосе прозрачности и уровень ее боковых лепестков соответственно.

Значение М у микросхем с ППЗ достигает в настоящее время нескольких сотен, что обеспечивает согласованную фильтрацию до­статочно широкополосных сигналов  и несколько ус­тупает СФ на ПАВ. Несколько худшие возможности имеют СФ на ППЗ и по динамическому диапазону (до 50 дБ). Если у СФ на ПАВ динамический диапазон ограничен сверху ввиду многократных пере­отражений акустических волн от неоднородностей подложки (=10^_1...10^-2 Вт/мм), то в ППЗ это ограни­чение вызвано конечностью поверхностной плотности зарядового па­кета под электродами ППЗ [7]:

где —максимальная и минимальная амплитуды тактирующих импульсов ППЗ;

 — диэлектрическая постоянная;

  и    — диэлектрическая постоянная и толщина слоя окисла;

=(1...5)   10⁹  В/м — напряженность поля пробоя окисла.

Снизу динамический диапазон ППЗ ограничен собственными шумами, вызванными взаимодействием переносимого заряда с по­верхностными и объемными ловушками, тепловой генерацией но­сителей заряда, а также неэффективностью переноса заряда , где  и q(0) —заряды под электродом ППЗ в начале и конце цикла переноса соответственно.

Несмотря на ограниченный динамический диапазон, как ППЗ, так и акустоэдектронные приборы применяются для согласован­ной фильтрации сигналов и в частотной области (рис. 3.13).

Рассмотрим вначале способы технической реализации уст­ройств прямого и обратного преобразования Фурье (ППФ и ОПФ) с помощью акустоэлектронных фурье-процессоров (АЭФП). Такое название получили устройства спектрального анализа, использу­ющие ДЛЗ на ПАВ [4]. Для синтеза структуры такого процессо­ра воспользуемся искусственной подстановкой в показателе степе­ни подынтегрального выражения

правой части равенства

где скорость изменения частоты ЛЧМ сигнала.

В результате получаем

Из последнего выражения можно сделать вывод, что для осу­ществления преобразования Фурье входного сигнала необходимо умножить его на ЛЧМ сигнал далее произвести свержу этого произведения в согласованной с ЛЧМ сигналом ДЛЗ

с импульсной характеристикой   вида         и  еще раз умножить результат свертки на такой же ЛЧМ сигнал (множитель пе­ред интегралом). Структурная схема, реализующая данный алго­ритм, и частотно-временные диаграммы, поясняющие работу фурье-процессора при ППФ, представлены на рис. 3.14,а,б.

Из рис. 3.14,а следует, что каждая гармоника входного сигна­ла «у» после первого преобразования частоты становится ЛЧМ сигналом, который, сжимаясь в ДЛЗ, представляет амплитудный спектр этой гармоники, развернутый во времени. Длительность выходных сигналов ДЛЗ определяется на уровне 0,64 от их максимальных

значений. Для борьбы с боковыми лепестками сжатых сигналов могут быть использованы способы, аналогичные ранее рассмотренным.

Второе преобразование частоты с задержанным на  сигналом ЛЧМ гетеродина позволяет определить не только амплитудный, но и фазовый спектр входного сигнала (для выделения только фа­зового спектра схема рис. 3.14,а должна быть дополнена резонанс­ным ограничителем с последующим фазовым детектированием).