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场监雷达电路设计论文

时间:2017-02-24 20:36:26 来源:论文投稿

1设计原则

控制电路可靠性的高低和使用的元器件关系很大,并不是越贵越好,应该根据使用环境去选择最合适的元器件[6]。在一般情况下,以保证控制电路的基本功能为前提,可以按照以下几点要求设计。1)尽可能选用数字元器件,少用或者不用模拟器件;多选用集成度较高的器件,少用集成度较低的器件;尽量使用功耗小的元器件。2)尽量选用质量等级高的器件,将继电器、开关等器件的使用数量降至最低。3)选用无源器件,尽量少使用有源器件。5)应该根据介质损耗、频率、耐压、容量变化以及温度系数等指标选择电容。少用铝电解电容器;6)不选用未经设计定型的新研元器件、已停产或将要停产的电子元器件。7)在确定合适的器件后,在使用时应符合降额设计的要求,不同的器件,降额的方法是不同的[7]。基本方法如下:①电阻的降额方法是降低功率比;②电容是降低工作电压;③半导体器件的降额方法是降低工作功耗;④数字集成电路则通过降低周围环境温度和电负荷来降额。

2电路可靠性设计

2.1电源保护电路设计

场监雷达控制电路的供电电源可能传输距离较远,为了减少线路上的衰减,应采用较大电压(12V以上)的直流电源输入,同时在控制电路的电源输入点进行相应的保护设计,如图2所示。因为12V电压较大,防止出现短路时对电路造成较大伤害,故在输入端串联自恢复保险丝。控制电路一般需要5V和3.3V的电源品种,所以采用LDO器件进行电压转换。因为5V电压会输出到其他接口,在极限情况下会因为外界的影响导致电压出现波动,而添加稳压二极管2CW5232可以对电路起到保护作用。稳压二极管工作于反向击穿区,当稳压二权管两端的反向电压在—定范围内变化时,反向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时,流过稳压管的反向电流突然剧增,稳压管反向击穿。此后,电流虽然在很大范围内变化,但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性,稳压管在电路中能起稳压作用。稳压管与一般二极管不一样,它的反向击穿是可逆的,当去掉反向电压之后,稳压管又恢复正常。在该电路中,采用了双电容串联设计,因为电容损坏后的失效模型大多表现为短路,当电容损坏后,另一电容仍然可以起到滤波的作用。

2.2输入信号的隔离设计

控制电路为了避免被监测部件对自身的影响,对输入信号均采用光耦进行隔离,如图3所示。在信号输入端,为了对自身进行保护,利用二极管的单向导电性,对输入电平进行了限位设计。如图4所示。二极管具有正向导通,反向截止的特性,利用这种特性,对输入端的电平进行限位。当正常工作的时候,两个二极管都处于截止状态,当电压不再正常范围内时,其中一路二极管会导通,将电平拉到正常范围内,可对板内的器件起到保护作用。

2.3控制信号的冗余设计

控制电路负责雷达的天线转动,发射开关机等关键控制,误操作会带来严重的后果,所以可靠性显得尤为重要,根据二极管的PN结较大,不易被击穿的特点,采用二极管来实现输出信号的冗余设计,具体设计如图5所示。从FPGA的两个引脚中输出同一信号,经过驱动后,分别通过两个二极管后并联在一起,通过一个下拉电阻(等效阻值为10kΩ)后,输出给被控制件,具体分析如下:1)正常工作时,双路同时输出到一点,因为二极管的单向导电性,从最大程度上阻止了输出端的电流倒灌,保护了接口芯片;2)当并联输出的两路,任何一路发生断路时,二极管的正向压降不足以使二极管导通,则该路的二极管一直处于截止状态,同时,另外一路可正常工作。3)当并联的两路任何一路发生短路时,并且为低电平时,该路的二极管的正向压降不足以使二极管导通,则该路的二极管一直处于截止状态,同时,另外一路可正常工作。4)当并联的两路任何一路发生短路时,并且为高电平时,该路的二极管一直处于导通状态,输出恒为高,造成的结果就是机箱监控一上电,该路的输出电平恒为高,此时会出现故障。在这种情况下,可通过回读到FPGA里的信号判断出哪路发生故障,并对相应故障路的buffer器件使能信号进行自动关闭,同时另外一路可以进行正常的控制。5)综上所述,本电路只有在两路同时故障时,输出才会表现为故障,相对于单路输出控制电路,实现了热冗余设计,可靠性大大提升。

3结束语

场监雷达是一种主动探测雷达,对于保证机场内部的交通安全具有重要的意义,需要长周期、全天时工作,而控制电路作为雷达的“大脑”,其自身的可靠性和控制的准确性都显得尤为重要。本文根据场监雷达的特点及工程需求分析了控制电路的设计需求,提出了提高控制电路可靠性的设计方法及工程实现技术。这些技术很好的解决了控制电路长时间可靠稳定工作的要求。

作者:邵威 杨志谦 单位:中国电子科技集团公司第三十八研究所


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