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1 引言 隨著(zhù)數字化電子技術(shù)日新月異的發(fā)展,借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗與先進(jìn)技術(shù)推動(dòng)我國電子設備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢在必行。復雜可編程邏輯器件(complex programmable logic device, cpld )作為國外最先進(jìn)的一代大規模數字器件,以其可靠性高和邏輯設計靈活的優(yōu)勢,在工業(yè)控制和軍事領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應用。 機載雷達對發(fā)射機控制與保護系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)控保系統）要求十分嚴格,不僅要求它具有完備的實(shí)時(shí)邏輯控制與保護功能,而且對其所處的環(huán)境溫度與振動(dòng)條件也要求十分苛刻�；赾pld技術(shù)的機載小型化控制與保護,采用了lattice 公司的isplsi1032-60lg可編程邏輯器件,工作溫度范圍從-55℃到125℃,抗振等性能較好;在設計過(guò)程中,應用數字處理技術(shù)實(shí)現了對雷達發(fā)射機的實(shí)時(shí)與復雜邏輯控制,采用數字時(shí)間濾波技術(shù)提高發(fā)射機控保的i/o抗干擾性能;另外,由于cpld具備良好的現場(chǎng)在線(xiàn)可編程能力,基于cpld的控保系統對中小型發(fā)射機來(lái)說(shuō),在通用化、系列化、組合化應用方面具有較高的推廣價(jià)值。 2 功能需求 控保系統是發(fā)射機系統的重要組成部分。其主要技術(shù)要求有： (1)完成對過(guò)溫、過(guò)壓、欠壓、真空度下降、管體過(guò)流、相關(guān)電源等的實(shí)時(shí)檢測。 (2)對發(fā)射機進(jìn)行預熱延時(shí)處理,預熱完成后,按順序執行開(kāi)高壓、開(kāi)觸發(fā)、開(kāi)激勵等過(guò)程。 (3)為發(fā)射機調制器提供預調脈沖與前級控制脈沖。預調脈沖包括開(kāi)啟脈沖與關(guān)斷脈沖,預調脈沖需進(jìn)行邏輯保護,兩個(gè)脈沖不可同時(shí)為高電平。 (4)實(shí)現對發(fā)射機定時(shí)信號的檢測,具有過(guò)ｄ與過(guò)τ保護功能。 (5)控保系統檢測到故障時(shí),智能化關(guān)閉發(fā)射機。 3 硬件組成 雷達發(fā)射機控保主要由cpld、運算放大器電路、比較器電路、i/o接口電路、預調脈沖形成電路、控制及顯示電路組成。其硬件組成框圖如圖1所示。 圖1中,高壓檢測電路將傳感器檢測信號進(jìn)行放大,并比較產(chǎn)生過(guò)壓與欠壓的ttl接口信號送至cpld,高壓信號為模擬量信號,以行波管（travelling wave tube,twt）發(fā)射機為例,高壓包括twt的陰極高壓和收集極高壓;過(guò)流、過(guò)溫、鈦泵電流檢測電路分別提供cpld過(guò)流、過(guò)溫、真空度等相關(guān)故障信號;接口電路主要接收雷達信號處理機提供的差分傳送開(kāi)關(guān)發(fā)射機指令與工作定時(shí)信號等;顯示電路指示發(fā)射機故障信息和工作狀態(tài)信息。jatg接口提供cpld的在線(xiàn)編程接口。另外,該控保電路還提供了調制脈沖隔離變壓器用+20v電源和電路元器件用±12v電源。 4 工作原理 4.1 系統邏輯設計 基于cpld的小型化控保電路核心器件為cpld。系統采用4mhz晶振作時(shí)鐘基準脈沖,由cpld進(jìn)行數字計數產(chǎn)生特定的時(shí)序關(guān)系,根據控制信息、發(fā)射機工作狀態(tài)和故障信息進(jìn)行綜合評估,控保系統將各故障信息進(jìn)行邏輯處理,產(chǎn)生故障結果,參與各節點(diǎn)的控制,實(shí)時(shí)保護和控制發(fā)射機開(kāi)關(guān)機過(guò)程。 發(fā)射機控制與保護邏輯關(guān)系如圖2所示。指令信息包括開(kāi)關(guān)高壓指令與開(kāi)關(guān)調制指令,調制器用定時(shí)信號有兩組,一組為開(kāi)啟脈沖,另一組為關(guān)斷脈沖,前級激勵信號控制導前脈沖形式。 4.2 上電復位與延時(shí) 控保上電復位十分重要,這里采用的是硬件外部復位與cpld的邏輯處理復位。其復位電路如圖3所示,reset來(lái)自于外部rc復位信號,當時(shí)鐘穩定后,cpld內部產(chǎn)生一個(gè)復位信號使得各電路中的d觸發(fā)器復位,將計數器同步清零。由于電路在上電初始階段各i/o口電平均處于暫態(tài),沒(méi)有進(jìn)入穩定工作狀態(tài),這個(gè)過(guò)程實(shí)際上也是等待外圍i/o電平建立穩定。 4.3 過(guò)d、過(guò)τ保護 過(guò)d與過(guò)τ保護,即,過(guò)占空比與過(guò)脈沖寬度保護。當出現過(guò)d與過(guò)τ故障時(shí),立即關(guān)斷激勵與觸發(fā),以保護twt等關(guān)鍵性器件。其檢測與保護在該系統中是比較難的,脈沖寬度與脈沖重復頻率可變這一特點(diǎn),使得信號時(shí)序關(guān)系實(shí)時(shí)處理也比較復雜。而過(guò)d與過(guò)τ保護原理比較簡(jiǎn)單。這里舉例加以說(shuō)明。 假設過(guò)d保護最大占空比為12.5%,過(guò)τ保護最大脈沖寬度為310μs。圖4(a)所示給出了待測的脈沖波形,占空比d等于τ/t,圖中τ1不等于τ2,t1不等于t2。 用于檢測的基準時(shí)鐘為4mhz,cpld從脈沖上升沿電平翻轉開(kāi)始計數,當電平下降沿翻轉后停止計數并鎖存數據data1,所計數據為τ的值,它們的分辨率為1/4mhz,誤差為±0.25μs。將鎖存的數據進(jìn)行數字比較,當data1大于310/0.25即1240時(shí),發(fā)生過(guò)τ故障。這里采用able硬件描述語(yǔ)言設計了1240數字比較器,程序如下： equations out=(i＞=^d1240); end 脈沖信號上升沿觸發(fā)d觸發(fā)器,產(chǎn)生周期脈沖波形如圖4（b）所示,當圖4(b)中電平為高時(shí)對周期t1進(jìn)行計數,為低時(shí)對周期t2進(jìn)行計數,電平每發(fā)生一次翻轉,鎖存周期數據data2轉入下一個(gè)周期計數。采用圖4(a)脈沖波形上升沿作適當延時(shí)后的波形,用于數字比較器比較的觸發(fā)條件,當8倍的data1大于data2時(shí),即發(fā)生過(guò)d故障。當過(guò)d/τ故障連續出現一定次數后,確認為故障,輸出相應故障信號。過(guò)d/τ保護邏輯框圖如圖5所示。圖6給出了過(guò)d/τ保護實(shí)時(shí)仿真所得的仿真結果。 4.4 i/o接口的抗干擾處理 真空電子管發(fā)射機由于具有高壓、大功率的特點(diǎn),對于低壓控保電路而言,具備較高的抗干擾能力十分重要。isplsi1032-60lg型cpld本身的抗干擾能力較好,由于cpld的最大工作頻率為60mhz,外部微小干擾信號對于cpld來(lái)講,如不對i/o接口信號作數字濾波處理,cpld將認為這是有效信號參與邏輯判斷,實(shí)際上,對發(fā)射機的控制是不利的,會(huì )引發(fā)故障虛警,若錯誤地處理故障虛警信息,關(guān)閉發(fā)射機,則有可能使得本次試驗失敗,造成損失,以往應用小規模的集成電路的控保就存在類(lèi)似的問(wèn)題,并且很難解決。 應用cpld技術(shù),解決抗干擾問(wèn)題應相對容易,圖7給出了實(shí)際應用中的數字濾波技術(shù)原理圖,由4mhz信號進(jìn)行分頻計數產(chǎn)生周期為0.25μs ×256×256≈16.4ms的時(shí)鐘信號,若故障連續出現超過(guò)8個(gè)脈沖,則認為是真實(shí)故障,而干擾信號不會(huì )造成故障信號輸出。 處理控制信號采用同樣的原理,當確認控制信息有效時(shí),進(jìn)行相關(guān)操作。 5 結束語(yǔ) 經(jīng)試驗測試,上述控制與保護硬件電路和軟件的設計,具有較好的實(shí)時(shí)控制能力,在復雜的保護邏輯面前表現出了優(yōu)越性�；赾pld的控保系統具有性能穩定、抗干擾能力強、體積小、結構緊湊的特點(diǎn),有較高的推廣應用價(jià)值。 |
