雷達(dá)發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

摘要： 本文給出了由PC104工控機(jī)與AD7864為核心構(gòu)成的雷達(dá)發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計方案。介紹了數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換的詳細(xì)工作過程。

關(guān)鍵詞： AD7864；PC104工控機(jī)；數(shù)據(jù)采集；雷達(dá)發(fā)射機(jī)

引言

柵控行波管放大器以其高增益、高功率輸出、相對低造價的特點，在雷達(dá)發(fā)射機(jī)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)行實時精確的監(jiān)測，以確保其穩(wěn)定工作。

在對行波管工作參數(shù)進(jìn)行測量時，需要同時采集多路信號，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，再通過一定的算法來判定行波管的工作情況。在這個過程中，多路信號同時采樣對發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的判定準(zhǔn)確性有著很重要的意義。

一般的A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部只有一個采樣保持器，若要實現(xiàn)多路同時采樣，或者使用多個A/D轉(zhuǎn)換器，或者加額外的采樣保持器。AD7864可以適應(yīng)這個需求，它是4通道同時采樣、順序轉(zhuǎn)換的高精度A/D轉(zhuǎn)換器，其高速并行輸出接口可與PC104工控機(jī)總線直接相連，PC104響應(yīng)其轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷取數(shù)，由此方案實現(xiàn)對多路行波管工作參數(shù)的精確測量，具有精度高，電路結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)功耗低的特點。

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，可實現(xiàn)4通道同時采樣。AD7846的轉(zhuǎn)換時間為1.65ms/CH，采樣保持時間為0.35ms，單通道最高采樣頻率為500 kSPS。若四通道同時采樣，每通道最高采樣頻率可達(dá)130 kSPS。信號輸出采用12位高速并行數(shù)據(jù)輸出接口，不需要電平轉(zhuǎn)換等處理，可直接連接MCU。通道選擇可以通過硬件或軟件實現(xiàn)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和讀取可以選用內(nèi)部時鐘模式或外部時鐘模式。

AD7864通過引腳/INT/EXT CLK來選擇工作在內(nèi)部時鐘模式還是外部時鐘模式。內(nèi)部時鐘模式可最優(yōu)化AD7864的特性，轉(zhuǎn)換時間為1.65ms，采樣頻率可達(dá)到最高。而外部時鐘模式的最高時鐘頻率是5 MHz，轉(zhuǎn)換時間為2.6ms。

AD7864可以選擇VIN1到VIN4這4個通道的任意子集來進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，被選擇的通道按升序排列進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通道選擇可以通過硬件通道選擇引腳(SL1到SL4)或可編程通道選擇寄存器來實現(xiàn)。

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

轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)的具體工作過程如下：在轉(zhuǎn)換起始信號/CONVST上升沿，4個采樣保持器進(jìn)入保持狀態(tài)，開始對選擇的通道采樣。同時，BUSY輸出信號被觸發(fā)為高電平，并在轉(zhuǎn)換過程中一直保持為高，當(dāng)全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，才變?yōu)榈碗娖健?EOC信號在每一個通道轉(zhuǎn)換結(jié)束時均有效。全部通道轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)保存在AD7864內(nèi)部相應(yīng)的鎖存器中。全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，當(dāng)片選信號和讀信號有效時，就可以按照轉(zhuǎn)換順序從數(shù)據(jù)總線上并行讀取數(shù)據(jù)。

發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊硬件設(shè)計

發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊以PC/104工控機(jī)為核心，由PC/104工控機(jī)、AD7864信號采集芯片、接口邏輯電路、數(shù)據(jù)采集輸入電路等電路組成。完成對發(fā)射機(jī)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時采集，共采用三片AD7864同步采樣和轉(zhuǎn)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采樣。按通常的設(shè)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才能真實還原脈沖的信息。這樣會帶來很大的數(shù)據(jù)處理量，而實際上我們只關(guān)心脈沖期間的數(shù)據(jù)，脈沖間歇期的數(shù)據(jù)對我們來說是無用的。而且高速A/D的輸入信號基本都在