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[導(dǎo)讀]引言   隨著相控陣天線在雷達(dá)中的廣泛使用,天線電源的故障檢測變得越來越重要,相控陣天線的電源規(guī)模往往和收發(fā)(T/R)組件的多少成正比,當(dāng)T/R組件多達(dá)上百個時,電源系統(tǒng)相對龐大,電源故障檢測也較復(fù)雜,電源故障

引言

  隨著相控陣天線在雷達(dá)中的廣泛使用,天線電源故障檢測變得越來越重要,相控陣天線的電源規(guī)模往往和收發(fā)(T/R)組件的多少成正比,當(dāng)T/R組件多達(dá)上百個時,電源系統(tǒng)相對龐大,電源故障檢測也較復(fù)雜,電源故障將直接導(dǎo)致T/R組件工作異常,因此設(shè)計一個完善的電源故障檢測電路非常重要,它能實時對電源進(jìn)行監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)故障,將故障定位到LRU,指導(dǎo)維修人員進(jìn)行換件維修。

  電源故障檢測電路由硬件和軟件兩大部分組成,硬件組成框圖如圖1所示。信號調(diào)理電路對輸入的35路電源檢測信號進(jìn)行濾波、分壓及阻抗匹配,然后經(jīng)過多路復(fù)用器(MUX)選擇進(jìn)入模數(shù)變換器(A/D),變換成數(shù)字量,單片機(jī)讀入該數(shù)字量,與規(guī)定的上下限進(jìn)行比較,判斷該電壓是否正確,最后生成單元級故障表,通過RS-485接口傳送到上級進(jìn)行進(jìn)一步處理。


  圖1 硬件組成框圖

  電路設(shè)計

  信號調(diào)理電路

  信號調(diào)理電路主要對輸入的電源檢測信號進(jìn)行濾波、分壓及阻抗匹配等處理。濾波的目的是濾除檢測信號中的高頻毛刺,通過試驗可以看到,天線電源信號中常有幅度很大的干擾毛刺,如果不濾除可能會對器件造成損壞,或者影響檢測精度。分壓的目的是對檢測信號的幅度變換,使其滿足后級A/D變換器的輸入要求,設(shè)計的關(guān)鍵是既保證信號的幅度不超出A/D的輸入要求,又要盡量提高信號的分辨率。阻抗匹配電路是一個射極跟隨器,目的是進(jìn)行前后的阻抗匹配,提高檢測的精度。圖2是12V檢測電壓的調(diào)理電路。

        
                     圖2 12V檢測電壓的調(diào)理電路

  電容C1對高頻毛刺進(jìn)行濾除,一般取0.01μF,精密電阻R1和R2組成分壓電路,為了減小對電源的影響,阻值應(yīng)取千歐級,具體取值應(yīng)參考12V的正常判定范圍(10.3~14V)及A/D的滿量程范圍(0~2.55V),經(jīng)過計算和權(quán)衡后,R1取46.4KΩ,R2取10KΩ,可以算出12V電壓的欠壓及過壓門限值分別為:

  欠壓門限值:1.83V

  過壓門限值:2.48V

  即輸入12V電壓經(jīng)過分壓后的正常范圍應(yīng)在1.83~2.48V范圍內(nèi),否則判為故障。

  多路復(fù)用電路


         圖3 MUX電路

  MUX電路如圖3所示,主要功能是對35路被測電壓進(jìn)行選擇,保證在某一時刻只有一路電壓進(jìn)入后級的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。MUX電路共由兩級組成,前級由五塊八選一的多路復(fù)用器組成,35路被測電壓經(jīng)過調(diào)理后連接到這些MUX,圖中只畫出了兩塊的接線圖,其余三塊基本相同,后級由一塊多路復(fù)用器組成,對前級輸出的五路電壓進(jìn)行進(jìn)一步的選擇。圖中信號MUX1、MUX2對前級芯片進(jìn)行選擇,信號DD0、DD1、DD2對前級的通道進(jìn)行選擇,信號DD5、DD6、DD7對后級通道進(jìn)行選擇,這些信號都是由CPLD產(chǎn)生,具體設(shè)計請參考2.5節(jié)CPLD內(nèi)部邏輯電路的設(shè)計。

  模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

      
       圖4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

  圖4是A/D轉(zhuǎn)換電路,主要功能是對輸入的被測電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的結(jié)果送單片機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換器件選用ADI公司的AD670,八位分辨率,10μs轉(zhuǎn)換速度,可程控單極性或者雙極性輸入,單極性滿量程輸入范圍為0~2.55V,雙極性為-1.28~+1.27V,圖中信號ADRDY為A/D轉(zhuǎn)換完成信號,接單片機(jī)的I/O引腳,當(dāng)ADRDY為低時,表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成,在程序中通過查詢該信號的狀態(tài)判斷A/D是否轉(zhuǎn)換完成。信號ADCE、ADCS、ADRW分別是A/D的芯片使能、片選及讀寫控制信號,ADCE和ADCS低有效,分別接單片機(jī)的地址線P20和P21,ADRW為低時對A/D進(jìn)行寫操作,即寫入控制命令,如單極性或者雙極性操作等,ADRW為高時對A/D進(jìn)行讀操作,讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果,該信號在CPLD中產(chǎn)生。

  單片機(jī)及外圍電路

      
         圖5 單片機(jī)及外圍電路

  圖5是單片機(jī)及外圍電路,單片機(jī)選用ATMEL公司的AT89C55,內(nèi)部帶有20K字節(jié)的程序存儲器,是整個故障檢測電路的控制核心,它通過運(yùn)行程序控制檢測電路進(jìn)行電壓檢測,將檢測的結(jié)果進(jìn)行初步處理,產(chǎn)生單元級故障表,送上級進(jìn)行綜合處理。集成電路D2(MAX813)是看門狗,主要功能是監(jiān)視單片機(jī)程序的運(yùn)行狀態(tài),如果程序跑飛超過1.6秒,看門狗就產(chǎn)生一個復(fù)位信號,對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位,使程序重新進(jìn)入正常步驟。集成電路D3(MAX485)是RS-485串行通信接口,它實現(xiàn)TTL電平與RS-485電平的相互轉(zhuǎn)換,是檢測電路與上級單元的通信接口。二極管V2是故障指示燈,當(dāng)檢測到電源故障時,點(diǎn)亮指示燈。


CPLD邏輯電路

  圖6是CPLD內(nèi)部邏輯電路,CPLD選用的是LATTICE公司的ispLSI1016E,邏輯設(shè)計采用原理圖輸入法,主要功能是對MUX的通道進(jìn)行選擇、對A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制及產(chǎn)生自檢代碼等。圖中有三個主要器件:數(shù)據(jù)雙向開關(guān)、數(shù)據(jù)鎖存器、譯碼器。數(shù)據(jù)雙向開關(guān)的OE為低時,數(shù)據(jù)A0~A7傳向單片機(jī)的數(shù)據(jù)線D0~D7,該數(shù)據(jù)正常時是自檢代碼AAH,當(dāng)OE為高時,單片機(jī)數(shù)據(jù)傳向CPLD內(nèi)部的鎖存器,用來對多路模擬開關(guān)進(jìn)行選擇。端口地址譯碼使用了單片機(jī)的RD、WR、P22、P23引腳,還使用了單片機(jī)的P20及P21引腳,它們分別連接到A/D轉(zhuǎn)換器CS和CE端,具體地址定義如下:


  CPLD自檢測地址:0x0700

  通道選擇數(shù)據(jù)鎖存器地址:0x0b00

  A/D轉(zhuǎn)換器寫地址:0x0c00

  A/D轉(zhuǎn)換器讀地址:0x0e00

  信號MUX1~MUX5是MUX電路的前級芯片選擇信號,高電平有效;DD0~DD2是MUX電路前級的通道選擇信號,取值范圍是0~34,對應(yīng)模擬通道的1~35;DD5~DD7是MUX電路的后級通道選擇信號,取值范圍為0~4,分別對應(yīng)前級的五個MUX的輸出信號。這些信號的產(chǎn)生過程是:單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線D0~D7將通道選擇數(shù)據(jù)及芯片選擇數(shù)據(jù)送到鎖存器,產(chǎn)生通道選擇信號DD0~DD2及DD5~DD7,再將部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生MUX的片選信號MUX1~MUX5。


         圖6 CPLD邏輯電路

  結(jié)語

  目前該天線電源故障檢測電路已經(jīng)應(yīng)用到某雷達(dá)中,隨雷達(dá)系統(tǒng)通過設(shè)計定型,進(jìn)入批量生產(chǎn)階段,實踐證明,該檢測電路工作穩(wěn)定可靠,能準(zhǔn)確實時的對天線電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測,故障檢測率≥98%,故障隔離率≥95%,虛警率≤3%,達(dá)到設(shè)計要求。

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