基于CPLD的發(fā)射機控制保護系統介紹

4 實(shí)現控制保護系統功能時(shí)出現問(wèn)題的分析和解決辦法

4.1 電平反串

由于發(fā)射機在起始通電狀態(tài)下只有熱電源在工作，其余部分都不上電，當按下“低壓通”鍵時(shí)，發(fā)射機其余部分才上電。所以，發(fā)射機的控制保護電路必須要把“低壓通”鍵和其余鍵的邏輯分開(kāi)，即“低壓通”鍵的邏輯不能與其余鍵的邏輯一起置于CPLD中，而必須拿出來(lái)單獨處理。它的作用就是只對控制“低壓通”鍵的芯片上電。這就產(chǎn)生了由于上電分先后而帶來(lái)的電平反串問(wèn)題，即在只有加熱電源時(shí)，就有1.8V左右的電平串入單獨給CPLD供電的＋5V電源中，而這時(shí)給CPLD供電的＋5V電源并未加，由于CPLD是3.3V/5V都可工作的，所以CPLD這時(shí)已經(jīng)開(kāi)始工作，產(chǎn)生許多錯誤邏輯，使許多故障燈都亮了，這是不允許的。測試發(fā)現這個(gè)反串電平是由于54HC245這個(gè)芯片帶來(lái)的，而且后來(lái)發(fā)現，驅動(dòng)能力越強的芯片，反串電平就越嚴重。

解決的辦法是將送顯示的驅動(dòng)芯片換掉，都改成光電耦合器，這樣就解決了反串電平的問(wèn)題，而且有利于將控制保護電路板子上的地和外界隔開(kāi)，對A/D變換也有好處。

4.2 按鍵抖動(dòng)

雖然加了一些消除按鍵抖動(dòng)電路，但是效果都不太理想，尤其是“高壓通”和“高壓斷”兩個(gè)按鍵，由于是上升沿觸發(fā)，而且狀態(tài)互鎖，致使有時(shí)按下“高壓通”鍵，一松手狀態(tài)就保持不住，又回到“高壓斷”狀態(tài)；有時(shí)按下“高壓斷”鍵又回不到“高壓斷”狀態(tài)。用示波器觀(guān)察波形，發(fā)現在按鍵按下和松開(kāi)時(shí)有抖動(dòng)。為此對“高壓通”和“高壓斷”鍵入的信號，利用時(shí)鐘信號觸發(fā)D觸發(fā)器，再通過(guò)D觸發(fā)器送入CPLD，效果非常明顯，消除了按鍵抖動(dòng)。

4.3 A/D變換的精度

這個(gè)問(wèn)題是整個(gè)電路中最關(guān)鍵的問(wèn)題。500mV的紋波，對邏輯電平不會(huì )產(chǎn)生太大的影響，既不會(huì )造成錯誤電平，也不會(huì )誤報故障，但是對A/D來(lái)說(shuō)，卻太大了。

以最大電壓5V，8位的A/D來(lái)說(shuō)，最小量化單位δ=×5≈20mV，500mV的紋波，對于十進(jìn)制=25，對于十六進(jìn)制是19H，對于二進(jìn)制是11001B，相當于5位都在跳。對于12位的A/D說(shuō)，最小量化單位δ=×5==1.2mV，500mV的紋波，對于十進(jìn)制≈417，對于十六進(jìn)制是1A1H，對于二進(jìn)制是110100001B，相當于9位在跳，這樣大的紋波，大大影響了A/D的精度。就拿陰極電壓來(lái)說(shuō)，12kV的陰極電壓，過(guò)壓門(mén)限按5％計算，是12.6kV，那么這600V電壓轉換成5V電平相當于600/12000×5=250mV，電平的變化淹沒(méi)在噪聲中，根本就體現不出來(lái)。不能完成過(guò)欠壓的精細比較。要想完成精細比較，紋波就得降下來(lái)。當紋波小于100mV時(shí)，對于8位A/D變化只有3位在變，電平的變化沒(méi)有淹沒(méi)在噪聲中，是可以使用的，當然紋波處理得越小越好。即使實(shí)在降不到太小，還可以通過(guò)數字信號處理的方法，用各種數字濾波器，對變換出來(lái)的數字信號濾掉干擾。

具體解決的辦法如下：

——將采樣各路信號的模擬電壓通過(guò)線(xiàn)性光耦與發(fā)射機的地隔離，使發(fā)射機的地線(xiàn)噪聲不會(huì )進(jìn)控制保護板；

——所有輸入的信號都加光耦，使發(fā)射機的地與整個(gè)控制保護電路的模擬地、數字地隔開(kāi)；

——整個(gè)控保電路的模擬地、數字地懸浮起來(lái)，外加屏蔽罩。

采用以上方法后，A/D精度有了明顯的改善，能使紋波達到100mV。

5 結語(yǔ)

該控制保護電路板已經(jīng)在發(fā)射機上完成聯(lián)調，其控制和保護的功能，以及閉環(huán)加高壓的功能全都實(shí)現，精度滿(mǎn)足要求。當需要更高采樣精度時(shí)，則可以用一些數字信號處理的方法來(lái)進(jìn)一步對A/D轉換過(guò)來(lái)的數字量進(jìn)行處理，使精度進(jìn)一步提高。

新技術(shù)的發(fā)展使發(fā)射機控制保護電路的技術(shù)不斷進(jìn)步，CPLD在實(shí)現控制保護電路功能方面有其獨到的優(yōu)勢，在國外這種模塊化的控制保護電路已經(jīng)很普遍，跟上國際先進(jìn)技術(shù)應是我們努力的方向。