雷達發(fā)射機數據采集模塊設計

摘要： 本文給出了由PC104工控機與AD7864為核心構成的雷達發(fā)射機數據采集模塊的設計方案。介紹了數據采集和轉換的詳細工作過(guò)程。

關(guān)鍵詞： AD7864；PC104工控機；數據采集；雷達發(fā)射機

引言

柵控行波管放大器以其高增益、高功率輸出、相對低造價(jià)的特點(diǎn)，在雷達發(fā)射機中被廣泛采用。由于它工作在高壓、高功率、脈沖狀態(tài)，必須對其各級工作電壓、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的監測，以確保其穩定工作。

在對行波管工作參數進(jìn)行測量時(shí)，需要同時(shí)采集多路信號，如燈絲電流、柵偏壓電壓，離子泵電流、陰極電壓、陰極電流、散焦電流等，再通過(guò)一定的算法來(lái)判定行波管的工作情況。在這個(gè)過(guò)程中，多路信號同時(shí)采樣對發(fā)射機監控系統的判定準確性有著(zhù)很重要的意義。

一般的A/D轉換器內部只有一個(gè)采樣保持器，若要實(shí)現多路同時(shí)采樣，或者使用多個(gè)A/D轉換器，或者加額外的采樣保持器。AD7864可以適應這個(gè)需求，它是4通道同時(shí)采樣、順序轉換的高精度A/D轉換器，其高速并行輸出接口可與PC104工控機總線(xiàn)直接相連，PC104響應其轉換結束中斷取數，由此方案實(shí)現對多路行波管工作參數的精確測量，具有精度高，電路結構簡(jiǎn)單，系統功耗低的特點(diǎn)。

AD7864

AD7864是美國ADI公司生產(chǎn)的一款高精度、高采樣頻率、低功耗的信號采集芯片，分辨率為12位，可實(shí)現4通道同時(shí)采樣。AD7846的轉換時(shí)間為1.65ms/CH，采樣保持時(shí)間為0.35ms，單通道最高采樣頻率為500 kSPS。若四通道同時(shí)采樣，每通道最高采樣頻率可達130 kSPS。信號輸出采用12位高速并行數據輸出接口，不需要電平轉換等處理，可直接連接MCU。通道選擇可以通過(guò)硬件或軟件實(shí)現。數據轉換和讀取可以選用內部時(shí)鐘模式或外部時(shí)鐘模式。

AD7864通過(guò)引腳/INT/EXT CLK來(lái)選擇工作在內部時(shí)鐘模式還是外部時(shí)鐘模式。內部時(shí)鐘模式可最優(yōu)化AD7864的特性，轉換時(shí)間為1.65ms，采樣頻率可達到最高。而外部時(shí)鐘模式的最高時(shí)鐘頻率是5 MHz，轉換時(shí)間為2.6ms。

AD7864可以選擇VIN1到VIN4這4個(gè)通道的任意子集來(lái)進(jìn)行數據轉換，被選擇的通道按升序排列進(jìn)行轉換。通道選擇可以通過(guò)硬件通道選擇引腳(SL1到SL4)或可編程通道選擇寄存器來(lái)實(shí)現。

處理器讀取AD7864轉換后的數據有兩種方法：轉換中讀取和轉換后讀取。前者是在下一個(gè)通道轉換完之前讀取前一個(gè)通道的數據。后者則是在所有通道都轉換完讀取數據。    
 
轉換中讀取數據芯片可以達到最高的數據吞吐率。其具體工作過(guò)程如下：一次轉換從轉換起始信號/CONVST的上升沿開(kāi)始，4個(gè)采樣保持器同時(shí)處于保持狀態(tài)，1.65ms后，得到轉換順序中第一個(gè)通道的數據，每個(gè)通道的轉換都有1.65ms的間隔。/EOC信號的下降沿便是每次轉換的結束。BUSY輸出信號表示所有選擇通道轉換都完成。每次/EOC信號變成低電平，執行一次讀操作。

轉換后讀取數據的具體工作過(guò)程如下：在轉換起始信號/CONVST上升沿，4個(gè)采樣保持器進(jìn)入保持狀態(tài)，開(kāi)始對選擇的通道采樣。同時(shí)，BUSY輸出信號被觸發(fā)為高電平，并在轉換過(guò)程中一直保持為高，當全部通道轉換結束后，才變?yōu)榈碗娖健?EOC信號在每一個(gè)通道轉換結束時(shí)均有效。全部通道轉換后的數據保存在A(yíng)D7864內部相應的鎖存器中。全部通道轉換結束后，當片選信號和讀信號有效時(shí)，就可以按照轉換順序從數據總線(xiàn)上并行讀取數據。

發(fā)射機數據采集模塊硬件設計

發(fā)射機數據采集模塊以PC/104工控機為核心，由PC/104工控機、AD7864信號采集芯片、接口邏輯電路、數據采集輸入電路等電路組成。完成對發(fā)射機行波管燈絲電流、柵偏壓電壓，離子泵電流、陰極電壓、陰極電流、散焦電流、收集極電流、柵極脈沖電壓、輸出功率、反射功率共十路信號的實(shí)時(shí)采集，共采用三片AD7864同步采樣和轉換。

上述十路信號中行波管燈絲電流、柵偏壓電壓，離子泵電流、陰極電壓為直流信號，而陰極電流、散焦電流、收集極電流、柵極脈沖電壓、輸出功率、反射功率為脈沖信號，信號脈寬最窄為0. 4ms，十路信號還必須同時(shí)采樣。按通常的設計，對0. 4ms的脈沖采樣必須采用采樣頻率大于10 MSPS的高速A/D才能真實(shí)還原脈沖的信息。這樣會(huì )帶來(lái)很大的數據處理量，而實(shí)際上我們只關(guān)心脈沖期間的數據，脈沖間歇期的數據對我們來(lái)說(shuō)是無(wú)用的。而且高速A/D的輸入信號基本都在