王正之 黃曉燕 白璐

摘要：本文針對(duì)雷達(dá)天線TR組件的保護(hù)電路進(jìn)行研究，利用FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)組件的電源保護(hù)、功率檢波采集、溫度采集、BIT匯總等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)組件BIT信息的實(shí)時(shí)采集，對(duì)組件起到更好的保護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：FPGA;TR組件;保護(hù)

中圖分類號(hào)：TN958.92? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1007-9416（2020）04-0000-00

0 引言

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

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

利用FPGA的硬件開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)TR組件的保護(hù)，并能夠?qū)崟r(shí)獲取雷達(dá)天線TR組件的狀態(tài)信息，便于進(jìn)一步判斷的具體故障，對(duì)TR組件的維護(hù)更有針對(duì)性，對(duì)組件起到更好的保護(hù)作用[3]。

1 組件的保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)

基于FPGA對(duì)TR組件的保護(hù)電路框圖如圖1所示，該電路架構(gòu)包括：FPGA單元和FPGA外圍電路，即電源檢測(cè)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(cè)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(jìn)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(jìn)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(bào)給上位機(jī)本地址的組件工作狀況。

2 關(guān)鍵電路的硬件設(shè)計(jì)

2.1 電源保護(hù)電路設(shè)計(jì)

電源保護(hù)電路設(shè)計(jì)如圖2所示，F(xiàn)PGA加電以后加電順序模塊經(jīng)過延遲運(yùn)算后給組件所需各種電源逐級(jí)加電，保證組件上電安全可靠，組件正常工作以后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各路電壓信息，并通過比較運(yùn)算后反饋給FPGA，F(xiàn)PGA經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存，比較運(yùn)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(shí)關(guān)閉電源使能信號(hào)停止電源工作。

2.2 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

溫度檢測(cè)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(zhuǎn)換器，其內(nèi)置溫度傳感器，10位A/D轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)

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(jiǎn)化了收發(fā)器供電系統(tǒng)與組件電源的隔離設(shè)計(jì)，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(shè)置好與上位機(jī)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(dāng)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(jìn)行解析。在發(fā)送回告數(shù)據(jù)幀時(shí)，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(dāng)CAN接口單元判斷當(dāng)前發(fā)送FIFO非空時(shí)，將數(shù)據(jù)發(fā)送。

3 測(cè)試結(jié)果及工程應(yīng)用

組件的保護(hù)電路根據(jù)工程應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jī)通信。外界施加不同的溫度，電壓等條件，測(cè)試結(jié)果表明組件保護(hù)電路可以對(duì)組件起到保護(hù)作用。如表1所示。

該組件保護(hù)方案已通過第三方測(cè)試，已在雷達(dá)天線上穩(wěn)定運(yùn)行。

4? 結(jié)語

利用FPGA的硬件開發(fā)平臺(tái)實(shí)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(jī)，讓用戶能夠?qū)崟r(shí)獲取雷達(dá)天線TR組件的狀態(tài)信息，便于進(jìn)一步判斷的具體故障，對(duì)TR組件的維護(hù)更有針對(duì)性，對(duì)組件起到更好的保護(hù)作用，有利于提升雷達(dá)天線TR組件的維護(hù)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]程丹，王長(zhǎng)武.一種星載雷達(dá)T/R組件與波控單元連接設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程，2015，31（1）：32-34+64.

[2] 劉耀文，張俊.數(shù)字雷達(dá)陣面T/R組件故障定位方法研究[J].現(xiàn)代雷達(dá)，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(shè)計(jì)方法研究[J].機(jī)械與電子，2018（7）：13-16+35.

收稿日期：2020-03-11

作者簡(jiǎn)介：王正之（1987—），男，山東淄博人，碩士研究生，中級(jí)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