基于CPLD的模数转换组合研究

1、引言

A/D转换组合是雷达目标诸元数据转换、传输的核心部件,一旦出现故障,目标信号将无法传送到信息处理中心进行处理,从而导致雷达主要功能失效。某设备的A/D转换设备结构复杂,可靠性差,可维修性差,故障率高,因此,采用CPLD技术和器件研究A/D转换组合,改善该设备的总体性能。

2、A/D转换组合工作原理剖析

A/D转换组合作为武器系统的核心部件,接口特性和功能与武器系统的兼容,是新A/D转换组合研制成功的前提,因此,必须对引进A/D转换组合进行详细的分析研究,提取接口特性及其参数,分析组合功能和性能指标。

2.1 组合工作原理及端口信号说明

原A/D转换组合由五个装置组成,这五个装置形成两个完全相同且互相独立的通道。每个通道包括一个预处理装置、一个模数转换和微调自检装置,如图1所示: A/D转换组合与武器系统其它部分的电路连接端口有6个:端口1为电源端口,X2、X4为相互正交的输入模拟信号,X5、X6为输入脉冲信号,X3为输出数字信号。

输入模拟信号X2和X4进入预处理装置,形成便于A/D转换的信号。此信号进入模数转换和微调自检装置,得到输出数字信号X3。每个通道将输入模拟信号数字化,在端口X3形成8个数据位和1个符号位,符号位与输入模拟信号极性相对应。X3同时实现对两个通通及整个组合的工作自检。

为保证组合的正常工作,须向同步装置输入脉冲信号X5和X6。X6称为“计数脉冲”,用作A/D转换的时钟。X5称为“自动微调脉冲”,用于A/D转换精度的微调和工作状态的自检。同步装置根据X5和X6形成若干脉冲,这些脉冲分成完全相同的两组同时送给两个通道。

2.2 结构组成分析

(1)同步装置

同步装置由三个子模块组成,形成一个闭环,如图2所示。

模块1的输入为X5、X6和来自模块3的四个脉冲T1、T2、T3、T4,虽然X5、X6都输入模块1,但是只有X6与此闭环有关,它们在模块1内经过一系列逻辑单元处理,输出为一系列脉冲,包括询问脉冲X(X=1,2,3,4)、寄存器询问脉冲、选择脉冲、输出自动微调脉冲和其它脉冲。模块2的输入R是矩形波信号,输出S类似于三角波。模块3的主体是四个电位器和四个电压比较器。四个电位器经过精心调节在滑动端形成四个等间隔的基准电压。四个电压比较器将S和这些基准电压分别进行比较,得到四个TTL电平脉冲信号T1、T2、T3、T4。T1、T2、T3、T4和S、R、X6时序关系如图3所示。

输出脉冲与X6的时序关系如图4所示。

(2)预处理装置

预处理装置包括模拟多路开关电路、求模电路、取符号电路和存储电路,其组成如图5所示。

X2(或X4)是双极性信号,在被模拟多路开关电路选通后,通过求模电路变为正极性信号,此正极性信号进入存储电路进行跟踪/保持。另外,模拟多路开关电路的输出信号还进入取符号电路,得到符号位。

(3)模数转换和微调自检装置

该装置包括模数转换电路、自动微调电路和自检电路,其中模数转换电路又由四个模数转换模块组成,如图6所示。

图6 模数转换和微调自检装置内部结构图

SH进入模数转换模块1,在其内部被电阻网络分压,分压结果与内部基准电压进行比较,比较结果被编码,得到模数转换结果的最高两位D7D6;设数字输出D7×27+D6×26对应的模拟信号幅度为U1,在模数转换模块1内部,将SH和U1相减,输出RM1=SH-U1,RM1进入模数转换模块2,按同样的方式得到D5D4;模数转换模块3、模数转换模块4也完全类似,分别输出D3D2(第3位和第2位)和D1D0(第1位和第0位)。这样就得到了模数转换结果的8个数据位。

 

作者:谢平、陈建辉、胡记文   来源:中华电子网

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