徐湘寧

(南京電子技術(shù)研究所， 南京210039)

0 引言

監(jiān)控模塊是發(fā)射組件監(jiān)測和控制的核心，主要對發(fā)射組件進行工作狀態(tài)采集和射頻開關(guān)控制。監(jiān)控模塊可實現(xiàn)發(fā)射組件輸入功率檢測、輸出功率檢測、工作電流測量和溫度測量等功能。同時，上位機可通過控制局域網(wǎng)(CAN)總線發(fā)出狀態(tài)查詢命令和射頻開關(guān)命令來實現(xiàn)發(fā)射組件工作狀態(tài)的查詢和射頻開關(guān)的控制［1］。

1 硬件電路設(shè)計

1.1 背板設(shè)計

背板對外采用高密度的微矩形插座，輸入為雙路5 V電源、發(fā)射組件工作狀態(tài)和工作電流采樣信號，輸出為射頻開關(guān)控制，與上位機信息交換采用CAN通信方式。電源線連接一般采用雙線或多線，輸入狀態(tài)量、輸入模擬量和輸出控制分組連接。背板對內(nèi)采用直插的矩形插座，可方便檢測控制板調(diào)試時的拔插。

1.2 檢測控制板設(shè)計

檢測控制板負責發(fā)射組件的數(shù)字量采集、模擬量采集、工作狀態(tài)CAN總線上報和射頻開關(guān)控制。檢測控制板主要由光耦電路、差分接口電路、模擬運放電路、看門狗電路、DSP供電電路、DSP處理單元、時鐘電路、串行存儲單元、測溫電路、輸出控制電路和CAN總線接口電路組成［2］。

檢測控制板的原理框圖如圖1所示。光耦電路和差分接口電路將發(fā)射工作狀態(tài)及差分輸入轉(zhuǎn)換成DSP能處理的數(shù)字電平。模擬運放電路將發(fā)射工作電流采樣電壓放大后送至DSP進行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換處理。看門狗電路為DSP提供實時的工作監(jiān)測，當DSP工作軟件運行異常時，看門狗電路為DSP提供復位信號。DSP供電電路將5 V輸入轉(zhuǎn)換為DSP工作需要的3.3 V電源和1.8 V電源。時鐘電路提供DSP運行時的工作時鐘。DSP通過I2C總線實現(xiàn)串行存儲單元讀寫及測溫電路數(shù)值讀取，通過輸出控制電路實現(xiàn)射頻開關(guān)控制，通過CAN總線接口電路實現(xiàn)與上位機的CAN通信［3-10］。

1.3 信號傳輸抗干擾設(shè)計

發(fā)射組件監(jiān)控模塊對外信號接口一般為數(shù)字信號，為了提高信號傳輸?shù)目垢蓴_能力，一般采用差分傳輸、光耦傳輸及電平轉(zhuǎn)換等方法。

差分傳輸是將一個TTL電平轉(zhuǎn)換為一個差分對后輸出。輸出線一般采用帶屏蔽的雙絞線，可大大降低共模干擾和空間干擾。差分傳輸要注意將差分發(fā)送芯片與發(fā)送接收芯片的地電位差控制在1 V以內(nèi)，這樣可保證差分發(fā)送芯片與發(fā)送接收芯片的長期可靠工作。

圖1 檢測控制板原理框圖

光耦傳輸是將待發(fā)送信號進行光電隔離后的一種傳輸方式。光耦兩端使用不同的直流電源供電，可避免外部大功率電路工作時對發(fā)射監(jiān)控模塊內(nèi)部數(shù)字信號的影響。

電平轉(zhuǎn)換是將低電平信號轉(zhuǎn)換為高電平信號輸出。該方式一般用于發(fā)射組件內(nèi)部模塊的開關(guān)控制，通常將TTL控制電平轉(zhuǎn)換為12 V電平或24 V電平進行射頻通斷控制。

1.4 印制板抗干擾設(shè)計

印制板抗干擾設(shè)計包括印制板走線、器件布局和覆銅等方面。

印制板走線要注意以下四個事項:(1)信號線走線不能太細，線寬最好不小于0.3 mm;(2)數(shù)字信號線與模擬信號線間要有合適的安全間距，防止線間的干擾;(3)電源線一定要盡可能的粗，減小印制線上的電源壓降;(4)高速信號線在印制板內(nèi)的走線要盡可能短。

器件布局要做到以下三點:(1)對輸入電源電壓變化敏感的器件要靠近電源輸入端放置;(2)數(shù)字電路與模擬電路要分區(qū)放置;(3)相互連線較多的幾個器件要就近放置。

覆銅要注意以下兩個方面:(1)覆銅不要覆全銅，最好覆成網(wǎng)格狀;(2)主電源的電源和地要大面積覆銅。

1.5 結(jié)構(gòu)抗干擾設(shè)計

結(jié)構(gòu)抗干擾設(shè)計主要有以下三個方面的內(nèi)容:(1)要盡量保證發(fā)射組件監(jiān)控模塊外裝金屬盒的結(jié)構(gòu)完整性，做到金屬盒的開口面積盡可能小;(2)射頻信號輸入與數(shù)字信號輸入采用不同的插座，防止射頻干擾;(3)發(fā)射組件監(jiān)控模塊與射頻工作電路放在發(fā)射組件不同的腔體中，距離盡可能遠。

2 軟件設(shè)計

監(jiān)控模塊軟件完成發(fā)射組件的初態(tài)設(shè)置、工作狀態(tài)采集、工作電流采集、輸出控制和CAN通信，主要由初始化子程序、狀態(tài)采集子程序、電流采集子程序、輸出控制子程序和CAN通信子程序組成。

2.1 初始化子程序設(shè)計

初始化子程序主要完成DSP對外部IO接口的初始化和CAN通信初始化，需保證上電復位后射頻開關(guān)控制在“關(guān)”狀態(tài)，CAN通信口處于正常工作狀態(tài)。初始化子程序流程圖如圖2所示。

圖2 初始化子程序流程圖

2.2 狀態(tài)采集子程序設(shè)計

狀態(tài)采集子程序主要完成發(fā)射組件工作狀態(tài)的采集，主要有輸入、輸出狀態(tài)和過溫狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)處理后置于狀態(tài)存儲區(qū)。當狀態(tài)數(shù)據(jù)延時讀取三次不相同時，重新讀取狀態(tài)數(shù)據(jù)。當新數(shù)據(jù)與舊數(shù)據(jù)相同時，不更新狀態(tài)存儲區(qū)。當新數(shù)據(jù)與舊數(shù)據(jù)不同時，更新狀態(tài)存儲區(qū)。狀態(tài)采集子程序流程圖如圖3所示。

圖3 狀態(tài)采集子程序流程圖

2.3 電流采集子程序設(shè)計

電流采集子程序負責發(fā)射組件工作電流采樣電壓A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值計算，并做一定的數(shù)值濾波。由于發(fā)射組件工作電流采樣電壓有零漂和一定的上下波動，當采樣值不在正常范圍內(nèi)時，需進行采樣值異常處理。當獲得正確的采樣值后，還需進行數(shù)值修正，再計算出正確的發(fā)射組件電流值。電流采集子程序流程圖如圖4所示。

圖4 電流采集子程序流程圖

2.4 輸出控制子程序設(shè)計

輸出控制子程序主要用于發(fā)射組件射頻開關(guān)控制和異常情況保護。當上位機發(fā)出射頻開關(guān)控制指令時，輸出控制子程序控制輸出控制電路發(fā)出射頻開關(guān)控制信號。當發(fā)射組件工作異常時，輸出控制子程序控制輸出控制電路發(fā)出射頻關(guān)控制信號。輸出控制子程序流程圖如圖5所示。

圖5 輸出控制子程序流程圖

2.5 CAN通信子程序設(shè)計

CAN通信子程序主要負責上位機控制命令接收和發(fā)射組件工作狀態(tài)上報。CAN通信接收采用中斷方式，當收到狀態(tài)查詢指令時上報發(fā)射組件的工作狀態(tài)，當收到發(fā)射組件射頻開關(guān)指令時控制發(fā)射組件射頻開關(guān)。

通信報文的設(shè)計要遵循以下四項原則:

(1)報頭與報尾定義要具有唯一性，必要時可采用雙字節(jié)校驗;

(2)在報文中加入節(jié)點號字節(jié)以方便進行輔助校驗;

(3)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)不能與報頭或報尾相同，最好每個字節(jié)只用7個數(shù)據(jù)位;

(4)報文長度盡可能短，減少被干擾概率。

CAN通信子程序流程圖如圖6所示。

圖6 CAN通信子程序流程圖

3 結(jié)束語

本文提供了一種簡單、實用的發(fā)射組件監(jiān)控模塊實現(xiàn)方法，并對發(fā)射組件監(jiān)控模塊的硬件設(shè)計、抗干擾設(shè)計和軟件設(shè)計進行了詳細描述。在實際設(shè)計中，還應(yīng)注意DSP供電電路和DSP芯片的散熱設(shè)計。此外，通信接口還可擴充RS422和RS485等通信方式。當需要遠程控制時，可外加CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換模塊，使發(fā)射組件的監(jiān)控方式更加靈活。

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