引言
隨著相控陣天線在雷達中的廣泛使用，天線電源的故障檢測變得越來越重要,，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組件多達上百個時，電源系統(tǒng)相對龐大,，電源故障" title="電源故障">電源故障檢測也較復(fù)雜,，電源故障將直接導(dǎo)致T/R組件工作異常，因此設(shè)計一個完善的電源故障檢測電路" title="檢測電路">檢測電路非常重要,，它能實時對電源進行監(jiān)測,，及時發(fā)現(xiàn)故障，將故障定位到LRU,，指導(dǎo)維修人員進行換件維修,。
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(diào)理電路對輸入的35路電源檢測信號進行濾波,、分壓及阻抗匹配，然后經(jīng)過多路復(fù)用器(MUX)選擇進入模數(shù)變換器(A/D),，變換成數(shù)字量,，單片機讀入該數(shù)字量，與規(guī)定的上下限進行比較,，判斷該電壓是否正確,，最后生成單元級故障表，通過RS-485接口傳送到上級進行進一步處理,。
圖1 硬件組成框圖
電路設(shè)計
信號調(diào)理電路
信號調(diào)理電路主要對輸入的電源檢測信號進行濾波,、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,，通過試驗可以看到,，天線電源信號中常有幅度很大的干擾毛刺，如果不濾除可能會對器件造成損壞,，或者影響檢測精度,。分壓的目的是對檢測信號的幅度變換，使其滿足后級A/D變換器的輸入要求,，設(shè)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射極跟隨器,，目的是進行前后的阻抗匹配,，提高檢測的精度,。圖2是12V檢測電壓的調(diào)理電路。
圖2 12V檢測電壓的調(diào)理電路
電容C1對高頻毛刺進行濾除,，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(yīng)取千歐級,，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35路被測電壓進行選擇,，保證在某一時刻只有一路電壓進入后級的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,。MUX電路共由兩級組成，前級由五塊八選一的多路復(fù)用器組成,，35路被測電壓經(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,，后級由一塊多路復(fù)用器組成,，對前級輸出的五路電壓進行進一步的選擇。圖中信號MUX1,、MUX2對前級芯片進行選擇,，信號DD0、DD1,、DD2對前級的通道進行選擇，信號DD5,、DD6,、DD7對后級通道進行選擇，這些信號都是由CPLD產(chǎn)生,，具體設(shè)計請參考2.5節(jié)CPLD內(nèi)部邏輯電路的設(shè)計,。
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，主要功能是對輸入的被測電壓進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,，轉(zhuǎn)換的結(jié)果送單片機,。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ADRDY為A/D轉(zhuǎn)換完成信號,，接單片機的I/O引腳，當(dāng)ADRDY為低時,，表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成,，在程序中通過查詢該信號的狀態(tài)判斷A/D是否轉(zhuǎn)換完成。信號ADCE,、ADCS,、ADRW分別是A/D的芯片使能、片選及讀寫控制信號,，ADCE和ADCS低有效,，分別接單片機的地址線P20和P21，ADRW為低時對A/D進行寫操作,，即寫入控制命令,，如單極性或者雙極性操作等，ADRW為高時對A/D進行讀操作,，讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果,，該信號在CPLD中產(chǎn)生。
單片機及外圍電路
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(nèi)部帶有20K字節(jié)的程序存儲器，是整個故障檢測電路的控制核心,，它通過運行程序控制檢測電路進行電壓檢測,，將檢測的結(jié)果進行初步處理，產(chǎn)生單元級故障表,，送上級進行綜合處理,。集成電路D2(MAX813)是看門狗，主要功能是監(jiān)視單片機程序的運行狀態(tài),，如果程序跑飛超過1.6秒,，看門狗就產(chǎn)生一個復(fù)位信號，對單片機進行復(fù)位,，使程序重新進入正常步驟,。集成電路D3(MAX485)是RS-485串行通信接口，它實現(xiàn)TTL電平與RS-485電平的相互轉(zhuǎn)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(dāng)檢測到電源故障時,，點亮指示燈,。
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)計采用原理圖輸入法,，主要功能是對MUX的通道進行選擇,、對A/D轉(zhuǎn)換器進行控制及產(chǎn)生自檢代碼等。圖中有三個主要器件：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,，數(shù)據(jù)A0～A7傳向單片機的數(shù)據(jù)線D0～D7,該數(shù)據(jù)正常時是自檢代碼AAH,，當(dāng)OE為高時，單片機數(shù)據(jù)傳向CPLD內(nèi)部的鎖存器,，用來對多路模擬開關(guān)進行選擇,。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(zhuǎn)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(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(yīng)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(yīng)前級的五個MUX的輸出信號,。這些信號的產(chǎn)生過程是：單片機通過數(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DD0～DD2及DD5～DD7,，再將部分數(shù)據(jù)進行譯碼產(chǎn)生MUX的片選信號MUX1～MUX5,。
圖6 CPLD邏輯電路
結(jié)語
目前該天線電源故障檢測電路已經(jīng)應(yīng)用到某雷達中，隨雷達系統(tǒng)通過設(shè)計定型,，進入批量生產(chǎn)階段,，實踐證明，該檢測電路工作穩(wěn)定可靠,，能準(zhǔn)確實時的對天線電源系統(tǒng)進行監(jiān)測，故障檢測率≥98%,，故障隔離率≥95%,，虛警率≤3%，達到設(shè)計要求,。