基于波段開關(guān)的信號控制與BIT電路設(shè)計

，

(1.中國人民解放軍91550部隊91分隊，遼寧 大連 116023；2.中國人民解放軍91515部隊，海南 三亞 572000)

基于波段開關(guān)的信號控制與BIT電路設(shè)計

王勇1，蕭耀友2

(1.中國人民解放軍91550部隊91分隊，遼寧大連116023；2.中國人民解放軍91515部隊，海南三亞572000)

為了提高飛控計算機(jī)導(dǎo)通檢查和絕緣測試時的安全性和可靠性；通過研究一刀多擲波段開關(guān)的特點和電路控制規(guī)律，以及飛控計算機(jī)導(dǎo)通檢查和絕緣測試需求，提出一種基于波段開關(guān)組合使用實現(xiàn)多測量通道信號轉(zhuǎn)換控制的電路設(shè)計方案，同時提出一種結(jié)合波段開關(guān)特點的機(jī)內(nèi)測試(BIT)電路設(shè)計方法；采用上述方案制作了具體的實體電路，經(jīng)實驗室測試：該電路設(shè)計可通過兩個波段開關(guān)同時實現(xiàn)信號分配和“自檢”，提高了自檢效率;電路簡潔，操作方便，自檢操作和測試操作基本一致，操作過程直觀性強(qiáng)，從一定意義上講，實現(xiàn)了“在線”自檢；經(jīng)實際應(yīng)用驗證，該電路設(shè)計方案可顯著提高系統(tǒng)的測試和診斷能力，具有較好的實際應(yīng)用價值。

機(jī)內(nèi)測試；BIT；測試診斷；裝備測試；波段開關(guān)

0 引言

絕緣電阻是我國計量法規(guī)定的電氣安全檢測項目中的強(qiáng)檢項目[1]。對裝備導(dǎo)通絕緣性能進(jìn)行測試的各種電阻測量儀[2-8]等采用繼電器矩陣實現(xiàn)信號分配控制。采用繼電器矩陣分選信號的設(shè)備體積相對較大，成本也較高，另外繼電器矩陣需要強(qiáng)有力的電源進(jìn)行驅(qū)動。與繼電器矩陣相比，采用波段開關(guān)實現(xiàn)多測量通道信號分配控制的技術(shù)方案，不需要電源驅(qū)動，設(shè)備體積和成本控制相對容易。在實際使用中，各測量通道出現(xiàn)斷路或通路阻抗異常(通常是變大)對測量結(jié)果將產(chǎn)生影響。在對電子裝備進(jìn)行多點位通路測量或絕緣性能測試時，如何在測量前或測量過程中，檢查或驗證多組測量通道的連通狀態(tài)(通路正常、斷路或電路阻抗異常等)，關(guān)系到測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信性。特別是在測量結(jié)果超差的情況下，如何通過設(shè)備機(jī)內(nèi)自檢，確定測量結(jié)果與測試設(shè)備本身無關(guān)，顯得至關(guān)重要。設(shè)備自檢通常采用以下3種方式：一是以測試設(shè)備內(nèi)嵌的測量儀表，在與被測對象連接的接口端連接自檢模擬器，實現(xiàn)對多測量通道連通情況的“自檢”；二是從與被測對象連接的接口端，人工逐對將多組測量通道用導(dǎo)線短接到一起，同時以外接測量儀表或測試設(shè)備內(nèi)部的測量儀表，實現(xiàn)對測量通道連通情況的“自檢”；三是從測量通道與測試設(shè)備內(nèi)測量模塊的接口端和測量通道與被測對象連接的接口端，用外接檢測儀表實現(xiàn)對測量通道連通狀態(tài)進(jìn)行檢查或驗證，該方法通常也是采用人工查點，對測量通道依次進(jìn)行檢測。采用自檢模擬器的方法，需要專門研制配套的自檢設(shè)備，成本高使用也不方便；采用人工逐點測量的方法，操作過程繁瑣，檢測效率低。這里研究提出一種經(jīng)濟(jì)、實用的基于波段開關(guān)的多測量通道測量信號分配控制和機(jī)內(nèi)自測試(Built-in Test，BIT[9])電路設(shè)計方法，來提高測量通道轉(zhuǎn)換效率并提高對多測量通道“自檢”能力。

1 一種多通道測量電路設(shè)計方案

如圖1所示，在2個前級測量點JC1、JC2和任意兩個被檢測點Aj、Bj(j=1，2，3，…，N為整數(shù)，下同)之間，串聯(lián)2個一刀多檔(或稱一刀多擲)波段開關(guān)Ka、Kb。Ka-Mo、Ka-Mp分別和JC1、JC2相連，Kb-Mo、Kb-Mp分別和Ka-o-u、Ka-p-u相連，Kb-o-i(i=1，2，3，…，N為整數(shù)，下同)、Kb-p-i分別和Aj、Bj相連。Ka-o-u和Ka-o-v相連，形成檔位并聯(lián)關(guān)系；Ka-p-u和Ka-p-v相連，形成檔位并聯(lián)關(guān)系。Kb-q-i、Kb-r-i分別和Aj、Bj相連。Kb-Mq和Ka-Mq相連，Kb-Mr和Ka-Mr相連，Ka-q-v和Ka-r-v相連(構(gòu)成短路連接)。在JC1與Aj之間的電路、JC2與Bj之間的電路、Ka-Mq與Aj之間的電路、Kb-Mr與Bj之間的電路中串聯(lián)有連接器(或適配器)SP(w)或SP(x)或SP(y)或SP(z)。

圖1中，K表示波段開關(guān)，a、b為波段開關(guān)K的標(biāo)識號，o、p、q、r分別表示多層波段開關(guān)K中的某個層；i表示波段開關(guān)K上的第i個檔位，u、v分別表示波段開關(guān)K上的某個檔位；波段開關(guān)K上某個檔位端子的表示方法為“標(biāo)識號-層-檔位”(例如Kb-o-i表示波段開關(guān)Kb第o層上第i個檔位的檔位端子)；波段開關(guān)K上某個公共端子的表示方法為“標(biāo)識號-M層”(例如Ka-Mo表示波段開關(guān)Ka上第o層的公共端子)。CAij、CBij表示和參數(shù)i、j相關(guān)聯(lián)的測量通道；ZAij、ZBij表示和參數(shù)i、j相關(guān)聯(lián)的自檢通道。SP(w)、SP(x)、SP(y)、SP(z)分別表示任意一個或一組連接器(或適配器)。

圖1 多通道測量電路原理圖

2 電路特點、原理和應(yīng)用優(yōu)勢

該電路設(shè)計的工作原理和特點是：Kb-o-i和Aj這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成測量通道CAij；Kb-p-i和Bj這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成測量通道CBij；Kb-q-i和Aj這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成自檢通道ZAij；Kb-r-i和Bj這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成自檢通道ZBij。在波段開關(guān)Ka的第u檔位、波段開關(guān)Kb的第i檔位接通的情況下，JC1、JC2和Aj、Bj分別由過JC1、Ka-Mo、Ka-o-u、Kb-Mo、Kb-o-i、Aj點的電路和過JC2、Ka-Mp、Ka-p-u、Kb-Mp、Kb-p-i、Bj的電路連接在一起，形成測量通道JC1-Aij、JC2-Bij。在波段開關(guān)Ka的第v檔位、波段開關(guān)Kb的第i檔位接通的情況下，Aj、Bj由過Aj、Kb-q-i、Kb-Mq、Ka-Mq、Ka-q-v、Ka-r-v、Ka-Mr、Kb-Mr、Kb-r-i、Bj點的電路短接在一起，形成自檢回路ZAij-ZBij；ZAij-ZBij、JC1-ZAij、JC2-ZBij連接在一起構(gòu)成自檢閉合回路H。可通過從JC1、JC2這2點測量自檢閉合回路H的連通狀態(tài)(通路正常、斷路、電路阻抗異常等)，并診斷測量通道JC1-Aij和測量通道JC2-Bij的連通情況。

從圖1可見，通過Ka、Kb波段開關(guān)檔位的組合變換,可實現(xiàn)多測量通道的電路信號分配控制和快速切換，通過在JC1、JC2兩個電路端點上接入測量儀表(例如電阻測量儀表)就可以實現(xiàn)對切換后的電路狀態(tài)進(jìn)行測量和結(jié)果判斷，即實現(xiàn)機(jī)內(nèi)測試(BIT)。在通過Ka、Kb波段開關(guān)檔位的組合變換切換到“自檢”(Ka的第v檔位接通時)，通過Kb檔位變換，可對各個檔位對應(yīng)的信號測量通道進(jìn)行連通狀態(tài)的檢查。例如，在采用同樣信號電纜的情況下，用電阻測量儀表測量得到整個自檢閉合回路上的電阻Rz后除以4，得到的就是單個測量通道的通路電阻值Rzd，根據(jù)該測量值Rzd與設(shè)計規(guī)定值進(jìn)行比較的結(jié)果，就可以推斷出該測量通道是否處于正常工作狀態(tài)。

該電路設(shè)計達(dá)到以下效果：1)該電路設(shè)計，不僅實現(xiàn)了由波段開關(guān)Kb控制多測量通道的分配，而且實現(xiàn)了測量通道JC1-Aij(除Ka-Mo至Ka-o-u接觸端子外)、JC2-Bij(除Ka-Mp至Ka-p-u接觸端子外)測量通道的全面快速“自檢”，提高自檢效率；2)電路簡潔，操作方便，自檢操作和測試操作基本一致，操作過程直觀性強(qiáng)?？稍诓粩嚅_被測對象的情況下，隨時選擇對任意一對測量通道的狀態(tài)進(jìn)行“自檢”，從一定意義上講，實現(xiàn)了“在線”自檢；3)該電路擴(kuò)展性強(qiáng)，按照類似的電路原理可以實現(xiàn)擴(kuò)展(例如與波段開關(guān)Kb同樣的多個波段開關(guān)以并聯(lián)的方式連接于波段開關(guān)Ka的檔位端子上)。該電路還可擴(kuò)展應(yīng)用到通過連接器(或適配器)將測量通道分段對接或延長線的情況。

3 實例與應(yīng)用

實際工作中，項目組在設(shè)計制作了某型導(dǎo)通絕緣測試儀時，應(yīng)用上述電路設(shè)計原理，制作了具有二十多路測量通道信號分選控制和“自檢”能力的具體測量電路，并進(jìn)行了實際應(yīng)用測試。下面以圖2所示的3組測量通道對應(yīng)的具體測量電路進(jìn)行說明。

圖2中的電路是圖1中原理電路的具體應(yīng)用，圖1中的一些自由參數(shù)在圖2中進(jìn)行了具體化，說明如下：a、b分別取2、1；i分別取1、2、3三種情況；j分別取1、2、3三種情況；o、p、q、r分別取1、2、3、4；u、v分別取1、2。SP(1)、SP(2)、SP(3)分別表示3個具體的連接器(或適配器)。

圖2 三通道閉合自檢測電路示意圖

3.1 三組測量轉(zhuǎn)換電路制作實例

采購2個航星牌一刀4層24檔波段開關(guān)作為測量通道轉(zhuǎn)換控制開關(guān)K1、K2，采購2盤1.0平方的鍍銀護(hù)套線作為測量電路的信號線。按照說明書附圖2所示的電路制作出一個對3組被檢測點(A1，B1)、(A2，B2)、(A3，B3)進(jìn)行測量的具體電路。以優(yōu)利德UT10萬用表作為測量儀表。

JC1、JC2分別接測量儀表的兩個檢測端。K2-M1、K2-M2分別和JC1、JC2相連；K1-M1和K2-1-1相連；K2-1-1和K2-1-2相連；K1-M2和K2-2-1相連；K2-2-1和K2-2-2相連；K1-M3和K2-M3相連；K1-M4和K2-M4相連；K2-3-2和K2-4-2相連。

K1-1-1、K1-3-1分別和A1相連，K1-2-1、K1-4-1分別和B1相連。

K1-1-2、K1-3-2分別和A2相連，K1-2-2、K1-4-2分別和B2相連。

K1-1-3、K1-3-3分別和A3相連，K1-2-3、K1-4-3分別和B3相連。

這樣，K1-1-1和A1這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成測量通道CA11；K1-2-1和B1這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成測量通道CB11；K1-3-1和A1這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成自檢通道ZA11；K1-4-1和B1這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成自檢通道ZB11。在波段開關(guān)K2的第1檔位、波段開關(guān)K1的第1檔位接通的情況下，JC1、JC2和A1、B1分別由過JC1、K2-M1、K2-1-1、K1-M1、K1-1-1、A1點的電路和過JC2、K2-M2、K2-2-1、K1-M2、K1-2-1、B1的電路連接在一起，形成測量通道JC1-A11、JC2-B11。在波段開關(guān)K2的第2檔位、波段開關(guān)K1的第1檔位接通的情況下，A1、B1由過A1、K1-3-1、K1-M3、K2-M3、K2-3-2、K2-4-2、K2-M4、K1-M4、K1-4-1、B1點的電路短接在一起，形成自檢回路ZA11-ZB11；ZA11-ZB11、JC1-ZA11、JC2-ZB11連接在一起構(gòu)成自檢閉合回路H1。

在波段開關(guān)K2的第2檔位、波段開關(guān)K1的第1檔位接通的情況下，可通過從JC1、JC2這2點測量自檢閉合回路H1的連通狀態(tài)(通路正常、斷路、電路阻抗異常等，下同)診斷出測量通道的連通情況。具體方案：

從JC1、JC2端測量自檢閉合回路電阻，得到電阻值R1，則單條測量通道JC1-A11或JC2-B11的通路電阻RT1數(shù)值大約是R1值的四分之一。如果電阻值RT1在合理范圍內(nèi)，說明測量電路正常；如果RT1電阻值大于測量通道規(guī)定的電阻值R0，說明測量電路可能有故障，需要進(jìn)一步檢測故障點是不是在測量通道JC1-A11(除K2-M1至K2-1-1接觸端子外)和測量通道JC2-B11(除K2-M2至K2-2-1接觸端子外)上。

同樣，K1-1-2和A2這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成測量通道CA22；K1-2-2和B2這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成測量通道CB22；K1-3-2和A2這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成自檢通道ZA22；K1-4-2和B2這2個節(jié)點之間的電路構(gòu)成自檢通道ZB22。在波段開關(guān)K2的第1檔位、波段開關(guān)K1的第2檔位接通的情況下，JC1、JC2和A2、B2分別由過JC1、K2-M1、K2-1-1、K1-M1、K1-1-2、A2點的電路和過JC2、K2-M2、K2-2-1、K1-M2、K1-2-2、B2的電路連接在一起，形成測量通道JC1-A22、JC2-B22。在波段開關(guān)K2的第2檔位、波段開關(guān)K1的第2檔位接通的情況下，A2、B2由過A2、K1-3-2、K1-M3、K2-M3、K2-3-2、K2-4-2、K2-M4、K1-M4、K1-4-2、B2點的電路短接在一起，形成自檢回路ZA22-ZB22；ZA22-ZB22、JC1-ZA22、JC2-ZB22連接在一起構(gòu)成自檢閉合回路H2。

同理，在波段開關(guān)K2的第2檔位、波段開關(guān)K1的第2檔位接通的情況下，可通過從JC1、JC2這2點測量自檢閉合回路H2的連通狀態(tài)診斷出測量通道的連通情況。在波段開關(guān)K2的第2檔位、波段開關(guān)K1的第3檔位接通的情況下，可通過從JC1、JC2這2點測量自檢閉合回路H3的連通狀態(tài)診斷出測量通道的連通情況，這里不再贅述。

3.2 在某型測試儀測量信號轉(zhuǎn)換控制中的實際應(yīng)用

事實上，該電路設(shè)計具有很好的擴(kuò)展性，實際工作中，某型導(dǎo)通絕緣測試儀研制中應(yīng)用該電路設(shè)計方案設(shè)計制作了24路測量通道信號分選控制電路。設(shè)備操作面板見圖3。圖3中的K1是測試儀電源開關(guān)，K2是測試儀內(nèi)部嵌入的測量儀表(以優(yōu)利德UT10萬用表作為嵌入式測量儀表)功能控制開關(guān)，K3是4層24檔波段開關(guān)，K4是4層12檔波段開關(guān)。實際應(yīng)用中K3和K4旋鈕開關(guān)一起實現(xiàn)對測試通道的分配和控制，將各路測量信號，逐“對”引入公共信號端。K3、K4波段開關(guān)檔位設(shè)置與內(nèi)部信號對應(yīng)關(guān)系見表1～表4。

圖3 測試儀操作面板

檔位標(biāo)識符信號分配K31層K32層K33層K34層1開路空空空空2K．K0K0KK0K3K．1X1-50KX1-50K4K．2X2-50KX2-50K5K．3X3-50KX3-50K6K．5X5-38KX5-38K7K．6X6-38KX6-38K8K．7X7-50KX7-50K9短路KKKK10K．-B-BK-BK11K．GGNDKGNDK12K．DDAOKDAOK13K．TTGNDKTGNDK14K．BBGNDKBGNDK15-B．GGND-BGND-B16-B．DDAO-BDAO-B17-B．TTGND-BTGND-B18-B．BBGND-BBGND-B19G．DDAOGNDDAOGND20G．TTGNDGNDTGNDGND21G．BBGNDGNDBGNDGND22D．TTGNDDAOTGNDDAO23D．BBGNDDAOBGNDDAO24T．BBGNDTGNDBGNDTGND

表2 K3母端信號對應(yīng)關(guān)系表

表3 K4子檔位信號對應(yīng)關(guān)系表

表4 K4母端信號對應(yīng)關(guān)系表

測試操作時，將圖3操作面板上的K4開關(guān)置“導(dǎo)通(絕緣”檔，通過操作K2開關(guān)將測試儀內(nèi)部測量儀表置“通斷”測量功能，K3開關(guān)從“K.K0”檔至“K.7”檔，每次順時針旋轉(zhuǎn)一個檔位，在每個檔位上蜂鳴器都應(yīng)持續(xù)鳴叫，僅通過7個檔位操作即可快速、安全地完成嵌入式計算機(jī)的所有導(dǎo)通項目檢查。通過操作K2開關(guān)可將測試儀內(nèi)部測量儀表置自動量程[10]“電阻”測量檔，K3開關(guān)從“K.-B”檔至“T.B”檔，每次順時針旋轉(zhuǎn)一個檔位，在每個檔位上都應(yīng)大于20M，僅通過15個檔位操作即可快速、安全地完成嵌入式計算機(jī)的所有絕緣檢查項目。

“自檢”操作時，將圖3操作面板上的K4開關(guān)置“通道自檢”檔，通過操作K2開關(guān)可將測試儀內(nèi)部測量儀表置自動量程“電阻”測量檔，K3開關(guān)從“K.K0”檔至“K.7”檔、“K.-B”檔至“T.B”檔每次順時針旋轉(zhuǎn)一個檔位，在每個檔位上所測量電阻值都應(yīng)當(dāng)在0.5 Ω以下，否則即是出現(xiàn)了相應(yīng)檔位上測量通道或者自檢回路異常的情況。

3.3 實際應(yīng)用情況

基于這種具備良好“自檢”功能的多測量通道電路設(shè)計制作的導(dǎo)通絕緣測試儀，在某嵌入式計算機(jī)的研制生產(chǎn)單位和裝備使用單位均進(jìn)行了實際應(yīng)用測試。經(jīng)實際應(yīng)用檢驗，測試儀采用檔位操作，替代了目前人工查點、逐點測試操作模式，操作更簡單、直觀，并且降低了出現(xiàn)誤操、錯操的概率；另外可隨時檢查自身工況，基本上達(dá)到了“在線”檢查的效果，避免了部隊對測量結(jié)果準(zhǔn)確性的擔(dān)憂；測試時間可從原來的14分鐘縮短到3分鐘，提高了檢測效率；測試數(shù)據(jù)與現(xiàn)有測試設(shè)備測試數(shù)據(jù)具有很好的一致性。測試儀在實際應(yīng)用中，還成功“自檢”出一次K3波段開關(guān)第5個檔位對應(yīng)的測量通道電阻出現(xiàn)異常的情況并準(zhǔn)確定位了故障點，驗證了多測量通道“自檢”電路設(shè)計的實際應(yīng)用價值。

4 結(jié)束語

測試性是一種便于測試和診斷的重要設(shè)計特性[10-12]，測試性對電子系統(tǒng)和設(shè)備的維修性、可靠性和可用性有很大影響。該文提出一種融合了測試性設(shè)計理念的基于波段開關(guān)實現(xiàn)多測量通道信號轉(zhuǎn)換控制的電路設(shè)計方案，通過合理配置、使用機(jī)內(nèi)測試資源，實現(xiàn)了測試的可控性、可觀測性，一旦出現(xiàn)問題可及時發(fā)現(xiàn)故障，減少維修時間，提高系統(tǒng)可用性。經(jīng)實際應(yīng)用案例驗證，該電路設(shè)計方案具有較好的實際應(yīng)用價值。

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Signal-controlandBITCircuitryBasedonWave-bandSwitch

Wang Yong1，Xiao Yaoyou2

(1.Unit 91550 of PLA,Dlian 116023, China；2.Unit 91515 of PLA, Sanya 572000, China)

In order to enhancing the measurement security and the reliability of the testing course, a circuit design project about how to control and select many Signal measure channels based on the Wave-band Switch and a kind of Built-in Test(BIT)method is put forward in the pape，by studying the characteristics of the wave-band switch，the controlling rules and the test requirements. There are also some application examples about which in the paper. The test results of the circuit were:(1) having realized signal assigning and having a higher self-check efficiency just by two wave-band switch, (2)making the testing operation simple and direct, (3)making the self-check operation simple just like to finish a testing operation and to enhance the operation visibility,(4) having realized the online self-check in some sense. It is validated that the circuit design project can greatly improve the testability and diagnosis capability of the system and has better of actual application value.

built-in test; BIT; test diagnosis; equipment test; wave-band switch

2017-05-22；

2017-07-05。

王 勇(1977-)，男，遼寧大連人，大學(xué)，工程師，主要從事裝備測試與控制，試驗與鑒定方向的研究。

1671-4598(2017)10-0267-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.10.068

TP206

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