遙測信號模擬源的設計及實(shí)現

作者 王冬冬 范中國 中國空空導彈研究院(河南 洛陽(yáng) 471009)

摘要：遙測信號模擬源是多通道信號發(fā)生器，模擬彈載組件，輸出模擬及數字信號供遙測艙采集，以判斷遙測艙是否正常。本設計基于DDS及數字可編程技術(shù)，采用DAC芯片AD5312、運放，RS422、429、LVDS等接口芯片，編寫(xiě)FPGA模塊，最終實(shí)現多達100路模擬電壓及40路數字信號輸出，并可在計算機上通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行參數配置。該信號源輸出信號種類(lèi)多，參數配置靈活方便，可滿(mǎn)足多個(gè)遙測組件的測試需求。

引言

　　在遙測艙測試交付試驗中，信號源起重要作用，模擬彈載組件特征產(chǎn)生多路的模擬電壓與數字信號，經(jīng)遙測艙采集后與原信息進(jìn)行對比，以判斷遙測產(chǎn)品是否合格^[1]。

　　與標準信號源設備相比，遙測信號源輸出信號種類(lèi)更多，包含方波、正弦波、階躍電壓等模擬電壓信號，以及RS422、RS232、LVDS、ARINC 429、TTL、并行數字通道等數字信號，每種信號輸出通道通常要求幾十路，遠多于標準信號源。

1 整體設計

　　為滿(mǎn)足測試的全面性，信號源提供多樣的輸出信號類(lèi)型，根據被測遙測組件的不同可進(jìn)行參數配置調整，實(shí)現靈活通用性^[2]。采用FPGA作為控制芯片，實(shí)現每路信號的參數獨立可調。

　　由于信號多，采用模塊化設計，按照信號特征劃分為數字信號板、模擬小信號板、模擬大信號板、配置控制板、電源板、互連底板，通過(guò)插頭接線(xiàn)匯集到箱體面板的固定插頭上對外輸出，總體設計框圖如圖1所示。

　　互連底板將電源板輸出的電壓及配置控制板的控制信號線(xiàn)連接到各功能子板，控制采用SPI總線(xiàn)，每個(gè)子板使用不同的片選信號。按信號類(lèi)型劃分模塊，簡(jiǎn)化了設計，便于電路實(shí)現，方便后續的更新升級。

2 各組成部分設計

2.1 電源板

　　電源板采用兩種供電方式，可由直流電源供電，電壓與電流設置及顯示由直流電源提供;或外接220V交流電，由自帶AC/DC模塊產(chǎn)生28V直流電。

　　電源板采用DC/DC模塊將輸入直流電壓進(jìn)行升壓、降壓、反極性變換，得到多個(gè)直流電壓供信號板使用，設計如圖2所示。子板中的+3.3V、+1.5V低電壓由各信號板上LDO產(chǎn)生。

　　采用220V交流供電方式，需顯示AC/DC模塊的輸出電壓與電流。電壓測量采用電阻將28V電壓分壓到3.3V內。電流測量采用電源線(xiàn)上串入0.05Ω的精密電阻，電流經(jīng)過(guò)電阻時(shí)產(chǎn)生微小壓降，經(jīng)電流測量專(zhuān)用放大器AD8217放大20倍，得到與電流相關(guān)的電壓^[3]。變換后的電壓值送到MSP430單片機，由片上DAC采集計算后，在LED上顯示電壓和電流，測量電路如圖3所示。

2.2 數字信號板

　　數字信號板產(chǎn)生RS422、RS232、LVDS、TTL、429等信號。要求輸出電平符合相關(guān)標準，碼速率、包周期、信息字數、字位數等可配置，采用FPGA加接口芯片方式產(chǎn)生，原理如圖4所示。

　　考慮多路輸出的引腳需求及低成本，FPGA選用EP1C12Q240。編寫(xiě)HDL程序，實(shí)現控制接口、RAM/數據產(chǎn)生、數據速率時(shí)鐘產(chǎn)生、串行/并行時(shí)序發(fā)送等功能，輸出電平由MAX3232、MC3487、65LVDS047芯片完成422、232、LVDS等電平轉換。