基于FPGA對TR組件的保護電路的設計實現(xiàn)

王正之 黃曉燕 白璐

摘要：本文針對雷達天線TR組件的保護電路進行研究，利用FPGA實現(xiàn)對組件的電源保護、功率檢波采集、溫度采集、BIT匯總等功能，實現(xiàn)對組件BIT信息的實時采集，對組件起到更好的保護作用。

關鍵詞：FPGA;TR組件;保護

中圖分類號：TN958.92? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1007-9416（2020）04-0000-00

0 引言

雷達天線中的核心部分TR組件，由于在使用過程中，會出現(xiàn)工作溫度過高、異常、功放開關損壞、負載短路等異?，F(xiàn)象導致組件損壞，最惡劣的情況下會引起組件組件大面積損壞，造成雷達天線失效。因此對組件的保護與BIT上傳是很有必要的[1]。

目前，使用硬件電路實現(xiàn)對組件的保護是最常用方法[2]，硬件電路的基本原理是利用開關元器件在組件異常時直接切斷組件輸入電壓，但是上位機無法實時讀取組件的BIT信息，也無法定位組件具體的故障，對組件的保護有一定的盲目性。

利用FPGA的硬件開發(fā)平臺實現(xiàn)TR組件的保護，并能夠實時獲取雷達天線TR組件的狀態(tài)信息，便于進一步判斷的具體故障，對TR組件的維護更有針對性，對組件起到更好的保護作用[3]。

1 組件的保護電路實現(xiàn)

基于FPGA對TR組件的保護電路框圖如圖1所示，該電路架構包括：FPGA單元和FPGA外圍電路，即電源檢測電路、溫度采集電路、CAN總線電路組成。FPGA通過IO口與外圍電路連接，電源檢測電路決定組件各類電壓的加電順序，并反饋給FPGA組件電壓BIT信息進而判斷電源是否正常;溫度采集電路采集組件殼體溫度后反饋給FPGA進而判斷組件溫度是否正常;FPGA內(nèi)部匯總BIT信息后將組件地址信息一并打包通過CAN總線電路上報給上位機本地址的組件工作狀況。

2 關鍵電路的硬件設計

2.1 電源保護電路設計

電源保護電路設計如圖2所示，F(xiàn)PGA加電以后加電順序模塊經(jīng)過延遲運算后給組件所需各種電源逐級加電，保證組件上電安全可靠，組件正常工作以后，實時監(jiān)測各路電壓信息，并通過比較運算后反饋給FPGA，F(xiàn)PGA經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存，比較運算后判斷電壓是否正常并將信息傳送給BIT數(shù)據(jù)匯總單元，出現(xiàn)異常時關閉電源使能信號停止電源工作。

2.2 溫度檢測電路設計

溫度檢測電路主要由AD公司的數(shù)字式溫度傳感器AD7814組成，AD7814是數(shù)字式溫度電壓轉換器，其內(nèi)置溫度傳感器，10位A/D轉換器及存放溫度數(shù)值的寄存器。通過SPI串行總線與FPGA接口連接。FPGA經(jīng)過讀取傳感器的寄存器的數(shù)值，得到精度為2℃的溫度值（在2℃～125℃溫度范圍內(nèi)），其功能框圖見圖3。

2.3 CAN總線電路設計

CAN總線電路主要由CAN總線收發(fā)器和FPGA內(nèi)部的CAN總線接口單元、CAN總線控制單元和CAN總線數(shù)據(jù)處理單元組成。如圖4所示。

CAN總線收發(fā)器ADM3053是具有隔離作用的CAN收發(fā)模塊，極大的簡化了收發(fā)器供電系統(tǒng)與組件電源的隔離設計，提高CAN總線的穩(wěn)定性。

FPGA上電以后，內(nèi)部的CAN控制單元初始化設置好與上位機同步的波特率和ID，CAN接口單元與CAN總線收發(fā)器之間通過FIFO相連（11bit幀ID、64bit數(shù)據(jù)）。當接口單元收到有效數(shù)據(jù)幀后，存入其接收FIFO中，并通過CAN數(shù)據(jù)處理單元以并行的方式讀取接收FIFO中的75bit數(shù)據(jù)，并進行解析。在發(fā)送回告數(shù)據(jù)幀時，CAN數(shù)據(jù)處理單元將地址信息單元采集來的地址信息和BIT數(shù)據(jù)匯總信息打包處理，并寫入發(fā)送FIFO中，當CAN接口單元判斷當前發(fā)送FIFO非空時，將數(shù)據(jù)發(fā)送。

3 測試結果及工程應用

組件的保護電路根據(jù)工程應用進行設計，所用組件正常工作溫度為-50℃-+70℃，工作電壓為+8V，-5V（且要求-5V正常供電的情況下，才能供電+8V），并以500Kbps的傳輸速率與上位機通信。外界施加不同的溫度，電壓等條件，測試結果表明組件保護電路可以對組件起到保護作用。如表1所示。

該組件保護方案已通過第三方測試，已在雷達天線上穩(wěn)定運行。

4? 結語

利用FPGA的硬件開發(fā)平臺實現(xiàn)TR組件的電源BIT信息、溫度信息的采集并上傳到上位機，讓用戶能夠實時獲取雷達天線TR組件的狀態(tài)信息，便于進一步判斷的具體故障，對TR組件的維護更有針對性，對組件起到更好的保護作用，有利于提升雷達天線TR組件的維護效率。

參考文獻

[1]程丹，王長武.一種星載雷達T/R組件與波控單元連接設計[J].電子機械工程，2015，31（1）：32-34+64.

[2] 劉耀文，張俊.數(shù)字雷達陣面T/R組件故障定位方法研究[J].現(xiàn)代雷達，2017（9）：71-75.

[3] 張平，于鵬飛，葉銳.一種片式T/R組件的熱電協(xié)同設計方法研究[J].機械與電子，2018（7）：13-16+35.

收稿日期：2020-03-11

作者簡介：王正之（1987—），男，山東淄博人，碩士研究生，中級工程師，研究方向：電源與控制。

Design and Achievement of Protection Circuit for TR module based on FPGA

WANG Zheng-Zhi，HUANG Xiao-Yan，BAI Lu

（Shanghai Aerospace Electronics Technology Research Institute，Shanghai? 201108）

Abstract： This paper does the research on the protection circuit of the RADAR antenna TR component， and FPGA is used to realize the power protection function， power detection acquisition function， temperature acquisition function， BIT summary function and other functions of the component， so as to realize the real-time acquisition of the component BIT information and play a better role in the protection of the component.

Keywords： FPGA;TR component;protection