遙測信號模擬源的設計及實現(xiàn)

作者 王冬冬 范中國 中國空空導彈研究院(河南 洛陽 471009)

摘要：遙測信號模擬源是多通道信號發(fā)生器，模擬彈載組件，輸出模擬及數(shù)字信號供遙測艙采集，以判斷遙測艙是否正常。本設計基于DDS及數(shù)字可編程技術，采用DAC芯片AD5312、運放，RS422、429、LVDS等接口芯片，編寫FPGA模塊，最終實現(xiàn)多達100路模擬電壓及40路數(shù)字信號輸出，并可在計算機上通過網(wǎng)絡進行參數(shù)配置。該信號源輸出信號種類多，參數(shù)配置靈活方便，可滿足多個遙測組件的測試需求。

引言

　　在遙測艙測試交付試驗中，信號源起重要作用，模擬彈載組件特征產生多路的模擬電壓與數(shù)字信號，經遙測艙采集后與原信息進行對比，以判斷遙測產品是否合格^[1]。

　　與標準信號源設備相比，遙測信號源輸出信號種類更多，包含方波、正弦波、階躍電壓等模擬電壓信號，以及RS422、RS232、LVDS、ARINC 429、TTL、并行數(shù)字通道等數(shù)字信號，每種信號輸出通道通常要求幾十路，遠多于標準信號源。

1 整體設計

　　為滿足測試的全面性，信號源提供多樣的輸出信號類型，根據(jù)被測遙測組件的不同可進行參數(shù)配置調整，實現(xiàn)靈活通用性^[2]。采用FPGA作為控制芯片，實現(xiàn)每路信號的參數(shù)獨立可調。

　　由于信號多，采用模塊化設計，按照信號特征劃分為數(shù)字信號板、模擬小信號板、模擬大信號板、配置控制板、電源板、互連底板，通過插頭接線匯集到箱體面板的固定插頭上對外輸出，總體設計框圖如圖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線連接到各功能子板，控制采用SPI總線，每個子板使用不同的片選信號。按信號類型劃分模塊，簡化了設計，便于電路實現(xiàn)，方便后續(xù)的更新升級。

2 各組成部分設計

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模塊產生28V直流電。

　　電源板采用DC/DC模塊將輸入直流電壓進行升壓、降壓、反極性變換，得到多個直流電壓供信號板使用，設計如圖2所示。子板中的+3.3V、+1.5V低電壓由各信號板上LDO產生。

　　采用220V交流供電方式，需顯示AC/DC模塊的輸出電壓與電流。電壓測量采用電阻將28V電壓分壓到3.3V內。電流測量采用電源線上串入0.05Ω的精密電阻，電流經過電阻時產生微小壓降，經電流測量專用放大器AD8217放大20倍，得到與電流相關的電壓^[3]。變換后的電壓值送到MSP430單片機，由片上DAC采集計算后，在LED上顯示電壓和電流，測量電路如圖3所示。

2.2 數(shù)字信號板

　　數(shù)字信號板產生RS422、RS232、LVDS、TTL、429等信號。要求輸出電平符合相關標準，碼速率、包周期、信息字數(shù)、字位數(shù)等可配置，采用FPGA加接口芯片方式產生，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HDL程序，實現(xiàn)控制接口、RAM/數(shù)據(jù)產生、數(shù)據(jù)速率時鐘產生、串行/并行時序發(fā)送等功能，輸出電平由MAX3232、MC3487、65LVDS047芯片完成422、232、LVDS等電平轉換。