雷達天線(xiàn)電源故障檢測電路的設計
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時(shí)間：2013-06-10
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
隨著(zhù)相控陣天線(xiàn)在雷達中的廣泛使用，天線(xiàn)電源的故障檢測變得越來(lái)越重要，相控陣天線(xiàn)的電源規模往往和收發(fā)(T/R)組件的多少成正比，當T/R組件多達上百個(gè)時(shí)，電源系統相對龐大，電源故障檢測也較復雜，電源故障將直接導致T/R組件工作異常，因此設計一個(gè)完善的電源故障檢測電路非常重要，它能實(shí)時(shí)對電源進(jìn)行監測，及時(shí)發(fā)現故障，將故障定位到LRU，指導維修人員進(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(guò)多路復用器(MUX)選擇進(jìn)入模數變換器(A/D)，變換成數字量，單片機讀入該數字量，與規定的上下限進(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(guò)RS-485接口傳送到上級進(jìn)行進(jìn)一步處理。
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圖1 硬件組成框圖 |
電路設計
信號調理電路
信號調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(guò)試驗可以看到，天線(xiàn)電源信號中常有幅度很大的干擾毛刺，如果不濾除可能會(huì )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(mǎn)足后級A/D變換器的輸入要求，設計的關(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(gè)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檢測電壓的調理電路。
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圖2 12V檢測電壓的調理電路 |
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，阻值應取千歐級，具體取值應參考12V的正常判定范圍(10.3～14V)及A/D的滿(mǎn)量程范圍(0～2.55V)，經(jīng)過(guò)計算和權衡后，R1取46.4KΩ，R2取10KΩ，可以算出12V電壓的欠壓及過(guò)壓門(mén)限值分別為：
欠壓門(mén)限值：1.83V
過(guò)壓門(mén)限值：2.48V
即輸入12V電壓經(jīng)過(guò)分壓后的正常范圍應在1.83～2.48V范圍內，否則判為故障。
多路復用電路
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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(shí)刻只有一路電壓進(jìn)入后級的模數轉換電路進(jìn)行數據轉換。MUX電路共由兩級組成，前級由五塊八選一的多路復用器組成，35路被測電壓經(jīng)過(guò)調理后連接到這些MUX，圖中只畫(huà)出了兩塊的接線(xiàn)圖，其余三塊基本相同，后級由一塊多路復用器組成，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，具體設計請參考2.5節CPLD內部邏輯電路的設計。
模數轉換電路
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圖4 模數轉換電路 |
圖4是A/D轉換電路，主要功能是對輸入的被測電壓進(jìn)行數據轉換，轉換的結果送單片機。A/D轉換器件選用ADI公司的AD670，八位分辨率，10μs轉換速度，可程控單極性或者雙極性輸入，單極性滿(mǎn)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轉換完成信號，接單片機的I/O引腳，當ADRDY為低時(shí)，表示數據轉換完成，在程序中通過(guò)查詢(xún)該信號的狀態(tài)判斷A/D是否轉換完成。信號ADCE、ADCS、ADRW分別是A/D的芯片使能、片選及讀寫(xiě)控制信號，ADCE和ADCS低有效，分別接單片機的地址線(xiàn)P20和P21，ADRW為低時(shí)對A/D進(jìn)行寫(xiě)操作，即寫(xiě)入控制命令，如單極性或者雙極性操作等，ADRW為高時(shí)對A/D進(jìn)行讀操作，讀出轉換結果，該信號在CPLD中產(chǎn)生。
單片機及外圍電路
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圖5 單片機及外圍電路 |
圖5是單片機及外圍電路，單片機選用ATMEL公司的AT89C55，內部帶有20K字節的程序存儲器，是整個(gè)故障檢測電路的控制核心，它通過(guò)運行程序控制檢測電路進(jìn)行電壓檢測，將檢測的結果進(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(mén)狗，主要功能是監視單片機程序的運行狀態(tài)，如果程序跑飛超過(guò)1.6秒，看門(mén)狗就產(chǎn)生一個(gè)復位信號，對單片機進(jìn)行復位，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(shí)現TTL電平與RS-485電平的相互轉換，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，當檢測到電源故障時(shí)，點(diǎn)亮指示燈。
CPLD邏輯電路
圖6是CPLD內部邏輯電路，CPLD選用的是LATTICE公司的ispLSI1016E，邏輯設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轉換器進(jìn)行控制及產(chǎn)生自檢代碼等。圖中有三個(gè)主要器件：數據雙向開(kāi)關(guān)、數據鎖存器、譯碼器。數據雙向開(kāi)關(guān)的OE為低時(shí)，數據A0～A7傳向單片機的數據線(xiàn)D0～D7,該數據正常時(shí)是自檢代碼AAH，當OE為高時(shí)，單片機數據傳向CPLD內部的鎖存器，用來(lái)對多路模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇。端口地址譯碼使用了單片機的RD、WR、P22、P23引腳，還使用了單片機的P20及P21引腳，它們分別連接到A/D轉換器CS和CE端，具體地址定義如下：
CPLD自檢測地址：0x0700
通道選擇數據鎖存器地址：0x0b00
A/D轉換器寫(xiě)地址：0x0c00
A/D轉換器讀地址：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，分別對應前級的五個(gè)MUX的輸出信號。這些信號的產(chǎn)生過(guò)程是：?jiǎn)纹瑱C通過(guò)數據線(xiàn)D0～D7將通道選擇數據及芯片選擇數據送到鎖存器，產(chǎn)生通道選擇信號DD0～DD2及DD5～DD7，再將部分數據進(jìn)行譯碼產(chǎn)生MUX的片選信號MUX1～MUX5。
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