T/R組件中的BIT設(shè)計(jì)

宋蘇杭

摘要：BIT電路負(fù)責(zé)采集電路中重要參數(shù)及狀態(tài)信息，以便對(duì)故障實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。本文介紹了T/R組件中BIT的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)提高T/R組件的可靠性及維修性具有重要意義。

關(guān)鍵詞：T/R組件；BIT；故障

中圖分類號(hào)：TN957.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）07-0169-02

T/R組件研制過程中，除了保證高可靠性外，還必須保證有良好的可維護(hù)性。除了利用外部ATE（Automatic Test Equipment）測(cè)試儀器方便地進(jìn)行人工測(cè)試外還必須具備自檢功能，必須為各級(jí)用戶提供各種檢測(cè)、維護(hù)手段，這樣才能保證對(duì)組件進(jìn)行良好的檢測(cè)、診斷和故障隔離，這些通稱為組件的BIT（built-in test）功能。

1 BIT概述

按照美軍標(biāo)MIL-STDl309C的定義，BIT是指“系統(tǒng)、設(shè)備內(nèi)部提供的檢測(cè)、隔離故障的自動(dòng)測(cè)試能力”，即系統(tǒng)或設(shè)備本身具備進(jìn)行故障檢測(cè)、隔離或診斷的自動(dòng)測(cè)試能力，而用于完成BIT功能的可以識(shí)別的硬件叫機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備（BITE）。

2 BIT設(shè)計(jì)思想

隨著現(xiàn)代相控陣?yán)走_(dá)的不斷發(fā)展，其重要組成部分的T/R組件中的BIT電路所占比重越來越高，其功能主要有：

（1）收集T/R組件的狀態(tài)及參數(shù)，分析其正確性，對(duì)故障實(shí)施定位，并快速相應(yīng)，實(shí)施保護(hù)，預(yù)防故障進(jìn)一步擴(kuò)大；

（2）對(duì)波控器送來的定時(shí)信號(hào)進(jìn)行過脈沖寬度和過工作比檢查。T/R組件中BIT電路通過串口與波控分機(jī)相連，接收波控分機(jī)的控制命令，完成T/R組件的控制，并按協(xié)議回傳組件的狀態(tài)信息。

3 BIT電路詳細(xì)設(shè)計(jì)

BIT電路是以FPGA或單片機(jī)為處理核心的數(shù)字電路。通過A/D芯片收集狀態(tài)信息，利用其I/O口對(duì)T/R組件進(jìn)行控制。T/R組件中BIT檢測(cè)主要內(nèi)容有過壓、過流、過溫、過脈寬、過占空比、過駐波、輸入欠/過激勵(lì)、輸出功率等。

3.1 基于LTC5533的射頻功率定量檢測(cè)

傳統(tǒng)的射頻功率檢測(cè)的一種重要方法就是檢測(cè)射頻信號(hào)的等效電壓有效值，而有效檢測(cè)電壓值的一般方法是利用整流二極管實(shí)現(xiàn)的，其輸出電壓與輸入功率成指數(shù)關(guān)系。帶溫補(bǔ)的檢波器在一定的功率條件下可以具備很好的性能，而當(dāng)輸入功率較小時(shí)，性能急劇惡化。因此，在射頻信號(hào)的功率不定時(shí)，無法精確測(cè)量功率值。

與之相反，真有效值對(duì)數(shù)檢波器的動(dòng)態(tài)范圍更寬，最高可達(dá)100dB。且其線性特性和溫度穩(wěn)定性也保持恒定，輸出檢波電壓與輸入信號(hào)電平成正比。本文所提出的射頻功率定量檢測(cè)方案中使用的是凌特公司的一款真有效值功率檢測(cè)器LTC5533雙通道射頻功率檢測(cè)器。雙通道LTC5533覆蓋從300MHz至 11GHz的射頻應(yīng)用，LTC5533 具有溫補(bǔ)電路，含有緩沖放大器具有40dB 動(dòng)態(tài)范圍和45dB通道隔離度。圖1是LTC5533在T/R組件中的典型應(yīng)用。

在實(shí)際應(yīng)用中，通過A/D可直接獲得LTC5533輸出的電壓值，改變輸入功率，可獲得多個(gè)電壓值，即可計(jì)算出輸出電壓與輸入功率的關(guān)系。修正輸出電壓與輸入功率的關(guān)系方程，即可比較準(zhǔn)確的測(cè)量功率值，從而可對(duì)T/R組件的輸入、輸出功率進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 基于LTC5533的駐波高保護(hù)電路

駐波比（VSWR）是用來測(cè)量阻抗失配度的指標(biāo)。T/R組件中的功率放大器是對(duì)駐波最為敏感，駐波大時(shí)，反射功率較大，返回到放大器中，嚴(yán)重時(shí)可造成放大器永久性損壞。

駐波比（VSWR）的測(cè)量歸根結(jié)底為放大器輸出端正向功率及反向功率的檢測(cè)。利用LTC5533設(shè)計(jì)的駐波檢測(cè)和保護(hù)控制電路中使用了基于∏型電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的衰減器、運(yùn)算放大器、雙向耦合器及比較器等器件。

根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算出反射系數(shù)分別為0.5（VSWR=3）和0.7（VSWR=6）。假設(shè)雙向耦合器的方向性為20dB，即可計(jì)算出正向、反向檢波電壓之差分別為0.29和0.14。在此基礎(chǔ)上，將運(yùn)算放大器的輸出值和設(shè)定的門限相比，即可控制放大器的控制開關(guān)，并發(fā)出過駐波報(bào)警。

3.3 基于單片機(jī)的電壓、溫度等參數(shù)的檢測(cè)

C8051F12X系器件為具有64個(gè)數(shù)字I/O引腳，集成片上系統(tǒng)型芯片，具有片內(nèi)電壓比較器、12位/100kps的ADC、看門狗定時(shí)器、溫度傳感器和時(shí)鐘振蕩器，具有128KB的可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器，硬件實(shí)現(xiàn)的SPI/SMBus/I2C和兩個(gè)UART串行接口。

利用內(nèi)含的電壓比較器，利用簡(jiǎn)單的電阻分壓原理，將T/R組件中的較為關(guān)鍵的電壓分壓至引腳可承受的電壓范圍內(nèi)，然后送至電壓比較器的輸入引腳，通過軟件即可判斷關(guān)鍵電壓是否正常。

C8051F12X的ADC0子系統(tǒng)內(nèi)的9通道的可編程模擬多路選擇器（AMUX0），其第九通道在內(nèi)部可接到片內(nèi)溫度傳感器，用來對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)。溫度傳感器的傳輸函數(shù)見圖2。

溫度傳感器輸出一與溫度成正比的電壓，當(dāng)選擇溫度傳感器作為ADC的一個(gè)輸入并且啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)運(yùn)算將ADC的輸出結(jié)果轉(zhuǎn)換成用度數(shù)表示的溫度。

4 結(jié)語

本文介紹了一種T/R組件中BIT電路的設(shè)計(jì)方法，主要以單片機(jī)器件為處理核心，采用C語言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，電路工作穩(wěn)定、可靠，已在單位中多個(gè)產(chǎn)品上得到驗(yàn)證、使用。

參考文獻(xiàn)

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