遙測(cè)信號(hào)模擬源的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

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

摘要：遙測(cè)信號(hào)模擬源是多通道信號(hào)發(fā)生器，模擬彈載組件，輸出模擬及數(shù)字信號(hào)供遙測(cè)艙采集，以判斷遙測(cè)艙是否正常。本設(shè)計(jì)基于DDS及數(shù)字可編程技術(shù)，采用DAC芯片AD5312、運(yùn)放，RS422、429、LVDS等接口芯片，編寫(xiě)FPGA模塊，最終實(shí)現(xiàn)多達(dá)100路模擬電壓及40路數(shù)字信號(hào)輸出，并可在計(jì)算機(jī)上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)配置。該信號(hào)源輸出信號(hào)種類多，參數(shù)配置靈活方便，可滿足多個(gè)遙測(cè)組件的測(cè)試需求。

引言

　　在遙測(cè)艙測(cè)試交付試驗(yàn)中，信號(hào)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(shù)字信號(hào)，經(jīng)遙測(cè)艙采集后與原信息進(jìn)行對(duì)比，以判斷遙測(cè)產(chǎn)品是否合格^[1]。

　　與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)備相比，遙測(cè)信號(hào)源輸出信號(hào)種類更多，包含方波、正弦波、階躍電壓等模擬電壓信號(hào)，以及RS422、RS232、LVDS、ARINC 429、TTL、并行數(shù)字通道等數(shù)字信號(hào)，每種信號(hào)輸出通道通常要求幾十路，遠(yuǎn)多于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。

1 整體設(shè)計(jì)

　　為滿足測(cè)試的全面性，信號(hào)源提供多樣的輸出信號(hào)類型，根據(jù)被測(cè)遙測(cè)組件的不同可進(jìn)行參數(shù)配置調(diào)整，實(shí)現(xiàn)靈活通用性^[2]。采用FPGA作為控制芯片，實(shí)現(xiàn)每路信號(hào)的參數(shù)獨(dú)立可調(diào)。

　　由于信號(hào)多，采用模塊化設(shè)計(jì)，按照信號(hào)特征劃分為數(shù)字信號(hào)板、模擬小信號(hào)板、模擬大信號(hào)板、配置控制板、電源板、互連底板，通過(guò)插頭接線匯集到箱體面板的固定插頭上對(duì)外輸出，總體設(shè)計(jì)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(hào)線連接到各功能子板，控制采用SPI總線，每個(gè)子板使用不同的片選信號(hào)。按信號(hào)類型劃分模塊，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，便于電路實(shí)現(xiàn)，方便后續(xù)的更新升級(jí)。

2 各組成部分設(shè)計(jì)

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(shè)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(hào)板使用，設(shè)計(jì)如圖2所示。子板中的+3.3V、+1.5V低電壓由各信號(hào)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(cè)量采用電阻將28V電壓分壓到3.3V內(nèi)。電流測(cè)量采用電源線上串入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(cè)量專用放大器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(jī)，由片上DAC采集計(jì)算后，在LED上顯示電壓和電流，測(cè)量電路如圖3所示。

2.2 數(shù)字信號(hào)板

　　數(shù)字信號(hào)板產(chǎn)生RS422、RS232、LVDS、TTL、429等信號(hào)。要求輸出電平符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，碼速率、包周期、信息字?jǐn)?shù)、字位數(shù)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，F(xiàn)PGA選用EP1C12Q240。編寫(xiě)HDL程序，實(shí)現(xiàn)控制接口、RAM/數(shù)據(jù)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換。