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(cè)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(gè)時(shí)，電源系統(tǒng)相對(duì)龐大，電源故障檢測(cè)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(jì)一個(gè)完善的電源故障檢測(cè)電路|0">電路非常重要，它能實(shí)時(shí)對(duì)電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)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(cè)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(hào)調(diào)理電路對(duì)輸入的35路電源檢測(cè)信號(hào)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(jí)故障表，通過RS-485接口傳送到上級(jí)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

圖1 硬件組成框圖

電路設(shè)計(jì)

信號(hào)調(diào)理電路

信號(hào)調(diào)理電路主要對(duì)輸入的電源檢測(cè)信號(hào)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(cè)信號(hào)中的高頻毛刺，通過試驗(yàn)可以看到，天線電源信號(hào)中常有幅度很大的干擾毛刺，如果不濾除可能會(huì)對(duì)器件造成損壞，或者影響檢測(cè)精度。分壓的目的是對(duì)檢測(cè)信號(hào)的幅度變換，使其滿足后級(jí)A/D變換器的輸入要求，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是既保證信號(hào)的幅度不超出A/D的輸入要求，又要盡量提高信號(hào)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(cè)的精度。圖2是12V檢測(cè)電壓的調(diào)理電路。

圖2 12V檢測(cè)電壓的調(diào)理電路

電容C1對(duì)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(duì)電源的影響，阻值應(yīng)取千歐級(jí)，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(jì)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(duì)35路被測(cè)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(jí)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(jí)組成，前級(jí)由五塊八選一的多路復(fù)用器組成，35路被測(cè)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(jí)由一塊多路復(fù)用器組成，對(duì)前級(jí)輸出的五路電壓進(jìn)行進(jìn)一步的選擇。圖中信號(hào)MUX1、MUX2對(duì)前級(jí)芯片進(jìn)行選擇，信號(hào)DD0、DD1、DD2對(duì)前級(jí)的通道進(jìn)行選擇，信號(hào)DD5、DD6、DD7對(duì)后級(jí)通道進(jìn)行選擇，這些信號(hào)都是由CPLD產(chǎn)生，具體設(shè)計(jì)請(qǐng)參考2.5節(jié)CPLD內(nèi)部邏輯電路的設(shè)計(jì)。

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(duì)輸入的被測(cè)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(hào)ADRDY為A/D轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，接單片機(jī)的I/O引腳，當(dāng)ADRDY為低時(shí)，表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，在程序中通過查詢?cè)撔盘?hào)的狀態(tài)判斷A/D是否轉(zhuǎn)換完成。信號(hào)ADCE、ADCS、ADRW分別是A/D的芯片使能、片選及讀寫控制信號(hào)，ADCE和ADCS低有效，分別接單片機(jī)的地址線P20和P21，ADRW為低時(shí)對(duì)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(shí)對(duì)A/D進(jìn)行讀操作，讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，該信號(hào)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(chǔ)器，是整個(gè)故障檢測(cè)電路的控制核心，它通過運(yùn)行程序控制檢測(cè)電路進(jìn)行電壓檢測(cè)，將檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行初步處理，產(chǎn)生單元級(jí)故障表，送上級(jí)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(gè)復(fù)位信號(hào)，對(duì)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(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-485電平的相互轉(zhuǎn)換，是檢測(cè)電路與上級(jí)單元的通信接口。二極管V2是故障指示燈，當(dāng)檢測(cè)到電源故障時(shí)，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(jì)采用原理圖輸入法，主要功能是對(duì)MUX的通道進(jìn)行選擇、對(duì)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(gè)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(shí)，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(shí)是自檢代碼AAH，當(dāng)OE為高時(shí)，單片機(jī)數(shù)據(jù)傳向CPLD內(nèi)部的鎖存器，用來對(duì)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(cè)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(hào)MUX1～MUX5是MUX電路的前級(jí)芯片選擇信號(hào)，高電平有效;DD0～DD2是MUX電路前級(jí)的通道選擇信號(hào)，取值范圍是0～34，對(duì)應(yīng)模擬通道的1～35;DD5～DD7是MUX電路的后級(jí)通道選擇信號(hào)，取值范圍為0～4，分別對(duì)應(yīng)前級(jí)的五個(gè)MUX的輸出信號(hào)。這些信號(hào)的產(chǎn)生過程是：?jiǎn)纹瑱C(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(hào)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(hào)MUX1～MUX5。

圖6 CPLD邏輯電路

結(jié)語

目前該天線電源故障檢測(cè)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(jì)定型，進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，實(shí)踐證明，該檢測(cè)電路工作穩(wěn)定可靠，能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的對(duì)天線電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，故障檢測(cè)率≥98%，故障隔離率≥95%，虛警率≤3%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。