基於gpib接口的微波信號切換和衰減裝置的製作方法

2023-12-11 02:32:42 1

專利名稱：基於gpib接口的微波信號切換和衰減裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微波信號切換和衰減裝置，屬於電子測量和控制技術 領域。
背景技術：
在電子測量和測控系統中經常要涉及到微波信號的切換和衰減處理，其處 理過程是由控制器(上位機)發送操作指令控制總線接口類設備，從而實現測 量和控制的自動化。但是，隨著被測量和控制設備的增多，需要一種可實現對 更多路微波信號進行路徑切換和信號衰減變換的裝置。 發明內容
本實用新型目的是提供一種基於GPIB接口控制的微波信號切換和衰減裝 置，用於實現對多路微波信號進行路徑切換和信號衰減變換。
本實用新型的技術解決方案是
一種基於GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其特殊之處在於其包
括通訊總線電路、信號控制電路、功率驅動電路、微波切換衰減單元和電源單
元；
所述GPIB總線、通訊總線電路、信號控制電路、功率驅動電路、微波切 換衰減單元依次連接；所述電源單元分別向通訊總線電路、信號控制電路、功 率驅動電路、微波切換衰減單元供電；
所述通訊總線電路用於實現GPIB總線與信號控制電路間的信息交換，其 包括GPIB接口晶片、GPIB連接器和晶振電路；所述GPIB接口晶片通過GPIB
連接器實現與GPIB總線間的信息交換；所述晶振電路為GPIB接口晶片提供時 鍾頻率；
所述信號控制電路包括MCU單片機、複雜可編程邏輯器件CPLD晶片、晶 振電路、UART晶片組成，所述MCU單片機對接收到的GPIB指令進行解析、執 行相應的操作、以及對驅動電路的反饋信號進行監控並把狀態信息和異常信息 通過通訊總線電路上傳給控制器、以及系統異常時觸發一個總復位；所述複雜可編程邏輯器件CPLD晶片提供MCU單片機和功率驅動電路之間的信號邏輯轉 換和驅動通道數的擴展；所述UART晶片為MCU單片機提供RS232串行信號通 道；
所述功率驅動電路包括多個功率驅動晶片，用於將TTL電平控制信號轉化 為功率驅動信號從而對微波衰減器或微波開關器材進行驅動，同時把功率驅動 晶片自身的工作狀態以串行數據形式反饋給信號控制電路；
所述微波切換衰減單元包括多個微波繼電器開關和微波衰減器，用於接受 功率驅動電路的驅動從而完成對外部的微波信號完成控制。
上述通訊總線電路包括復位電路， 所述復位電路用於通訊總線電路異常時 輸出一個可靠的復位脈衝；所述信號控制電路包括復位電路，所述復位電路用 於在系統上電時和5V供電異常時輸出一個可靠的復位脈衝。
上述電源單元包括AC-DC交流轉直流開關電源模塊、DC-DC直流轉直流開 關電源模塊以及3. 3V的LD0晶片，所述AC-DC交流轉直流開關電源模塊完成 AC220V到DC24V的轉換，用於向功率驅動電路提供電源；所述DC-DC直流轉直 流開關電源模塊完成DC24V到DC5V的轉換，用於向通訊總線電路和信號控制 電路提供電源；所述LD0晶片完成DC5V到DC3.3V的轉換，用於向信號控制電 路的FPGA晶片提供電源。
上述微波衰減器為步迸式衰減器，所述微波繼電器開關為射頻開關。
上述微波繼電器開關包括非磁保持微波繼電器開關和磁保持微波繼電器 開關。
本實用新型優點
1、 本實用新型基於GPIB總線(IEEE488接口)設計，通過對步進式衰減 器或射頻開關器材的驅動控制，使GPIB總線控制器可以通過GPIB接口對微波 衰減器或微波開關器材進行驅動控制，實現對多路微波信號進行路徑切換和信 號衰減變換，廣泛應用於各種自動化檢測、測控系統。
2、 本實用新型可驅動控制的信號路數在標準配置為64路，在擴展情況下 可達128路；
3、 本實用新型具有脈衝驅動和直流驅動兩種方式，支持磁保持和非磁保 持微波繼電器開關和微波衰減器；
54、 微波開關和衰減器可以採用電流(電壓)驅動，也可以TTL邏輯電平 驅動；
5、 本實用新型採用GPIB總線控制技術，便於系統集成使用；
6、 本實用新型採用SCPI指令集，編程、操作方便快捷；
7、 本實用新型具有完善的工作狀態自檢，工作狀態即時顯示，而且驅動 電路部分的超載、超電壓、負載短路、負載開路、超溫等情況都處於內部監控 範圍內。


圖l是本實用新型的結構框圖；圖中，l為通訊總線電路，2為信號控制電 路，3為電源單元，4為功率驅動電路，5為微波切換衰減單元；
圖2是本實用新型通訊總線電路的原理圖，圖中U3為GPIB接口晶片，JT2 為晶振電路，U7為GPIB連接器；
圖3是信號控制電路的原理圖，圖中U1為MCU單片機，U2為複雜可編程 邏輯器件CPLD晶片，U4為地址鎖存器，Ull為復位電路。
圖4是功率驅動電路的原理圖，圖中U5為功率驅動晶片；
圖5是微波切換衰減單元的原理圖，圖中J1、 J2、 J3為微波開關繼電器， J4為微波衰減器，Dl、 D2、 D3、 D4為二極體；DRIVE為驅動輸入口， 0UT1、 0UT2、 0UT3、 0UT4為設備的輸出接口。
圖6是電源單元的原理圖，圖中AC-DC為交流轉直流開關電源模塊，DC-DC 為直流轉直流開關電源模塊，U10為低壓差穩壓器。
具體實施方式

如圖1所示，本實用新型主要包括通訊總線電路1、信號控制電路2、功 率驅動電路4、微波切換衰減單元5和電源單元3。
如圖2所示，通訊總線電路，包括GPIB接口晶片U3TNT4882、 GPIB連接 器、40MHz晶振電路JT2、復位電路。其功能主要是由GPIB接口晶片U3TNT4882 實現設備與GPIB總線間的信息交換；GPIB接口晶片U3TNT4882通過一個24 針的GPIB連接器U7與外部的GPIB總線相連，這些連線中除過地線外，還有 八條資料線(DataLine)、五條接口管理線(ManagementLine)和三條交握線 (HandshakeLine)相連接。TNT4882和信號控制部分的連接有數據總線(D0 D7)、地址總線(A0 A4)和工作控制線(/CS2、 /RST)。串行讀寫線也連接到 了控制電路實現串行通訊。有源振蕩器JT2組成40MHz的晶振電路JT2為 TNT4882提供時鐘頻率。GPIB接口晶片TNT4882的工作狀態指示端(REMO、LADCS 和TADCS)連接到發光二極體進行指示。GPIB接口晶片TNT4882的工作模式可 分為單晶片模式和雙晶片模式兩種，由於單晶片模式採用的是最簡單且最快速 的結構，而且是NI公司推薦的TNT4882工作模式，因此，本設計採用單晶片 模式。
圖3所示的信號控制電路包括MCU單片機UlATMega128、複雜可編程邏輯 器件CPLD晶片U2XC95144、 14. 7456願z晶振電路、地址鎖存器U474AHC573、 復位電路U11IMP707和UART晶片MAX232A。信號控制電路功能是實現MCU單片 機周圍晶片的配置，接收並解析來自GPIB總線的信號，輸出控制信號，並給 GPIB總線提供設備狀態信息。MCU單片機UlATMega128完成對數據總線上接收 到的GPIB指令進行收發、解析，執行相應的操作並輸出相應的控制信號；MCU 單片機U1也對驅動電路所反饋信號進行監控，把狀態信息和異常信息通過通 訊總線上傳給控制器；電路板上的其它晶片的初始化配置也是由MCU單片機 ATMegal28進行配置的。地址鎖存器U474AHC573對MCU單片機Ul的高8位地 址(A8 A15)進行了鎖存,擴展了地址總線的寬度。複雜可編程邏輯器件U2CPLD 晶片XC95144對內部地址總線的若干高位地址線進行線解碼，得到幾根片選線 提供給系統中需要片選信號的晶片，提供了 MCU單片機和功率驅動電路之間的 信號邏輯轉換和驅動通道數的擴展。電路中MCU單片機ATMegal28所提供的是 一個SPI接口，要連接到若干個驅動晶片TLE6240，是通過CPLD晶片XC95144 內部所構建的多路復用器來實現分時形式的連接。控制器發送的復位指令可由 MCU單片機來觸發一個總復位。復位電路IMP707在系統上電時和5V供電異常 時輸出一個可靠的復位脈衝，確保MCU單片機的正常運行。MAX232A晶片為MCU 單片機提供了一個RS232串行信號通道。
圖4所示的是由若干片驅動晶片TLE6240 (包括U5、 U6)組成的功率驅動 電路，該晶片把TTL電平信號轉化為功率驅動信號，同時把功率驅動晶片(U5、 U6)自身的工作狀態以串行數據形式反饋給信號控制電路。功率驅動電路功能 是把控制信號進行放大，從而對微波衰減器或微波開關器材進行驅動，其目的
7是為了提高控制信號的驅動能力；驅動晶片的控制端採用SPI串行數據接口， 其信號線分別為/CS、 SCK、 SI和S0;電路中為了減少對SPI接口在數量上的 需求，各驅動晶片的SCK和SI並聯使用，片選信號/CS和SO採用分時形式和 MCU單片機相連接。功率驅動信號OUT送給驅動接口，對微波衰減器或微波開 關器材進行驅動。
圖5是微波切換衰減單元電路原理圖，主要由若干微波衰減器或微波開關 器材、輸入、輸出接口組成。微波衰減器採用步進式衰減器，微波開關繼電器 (Jl、 J2、 J3、 J4)為射頻開關。微波開關繼電器可以是磁保持型的或者非磁 保持型的。微波衰減器和微波開關繼電器接受功率驅動電路的驅動，從而完成 對外部的微波信號完成控制。驅動接口 (DRIVE)的信號來自前述的功率驅動 電路，微波衰減器或微波開關繼電器在電路中用繼電器符號表示，其切換的結 果(0UT1 0UT4)經設備的輸出接口連接到設備面板供用戶連接使用。圖中的 二極體(D1 D4)可以消除繼電器線圈的感生振蕩。電路的輸入電壓+V由繼電 器的驅動電壓來確定，兩者保持相同。
圖6為電源單元單元，負責給整個系統供電，其輸入是交流220V，輸出是 幾種直流電壓。電源單元電源單元由一個AC-DC交流轉直流開關電源模塊和一 個DC-DC直流轉直流開關電源模塊以及一個3. 3V的LDO晶片(LM1117-3. 3V) 組成。AC220V經過AC-DC開關電源模塊轉變為直流24V，直流24V提供給功率 驅動電路和微波切換衰減單元電路，同時也經過DC-DC開關電源模塊變換得到 直流5V; 5V是除過FPGA晶片之外其它各集成電路的工作電源，主要提供給通 訊總線電路、信號控制電路；CPLD晶片(XC95144)的電源採用了直流3. 3V， 它是採用低壓差穩壓器U10SPX1117R3, 3對直流5V降壓得到的。
本實用新型的工作過程如下
將本實用新型通過GPIB電纜線接入到總線，GPIB總線控制器會自動監測 到有設備插入，並且向插入設備查詢其GPIB地址。然後由GPIB總線控制器向 本實用新型發出初始化指令，使其完成設備初始化。
GPIB總線控制器所發送的SCPI操作指令經過總線接口晶片傳輸給信號控 制電路。信號控制電路對所接收到的指令進行解析，並根據指令進行相應的處 理反饋査詢信息，完成用戶的配置、設置操作，或者產生正確的控制信號並反饋指令的處理結果。控制信號進一步送給功率驅動電路進行功率放大，進而 驅動微波衰減器或微波開關器材。
功率驅動電路在內部對超載、超電壓、負載短路、負載開路、電路超溫等 異常狀態保持實時性檢測，保證開關切換準確可靠。異常狀態信息和系統中的
運行狀態都可以通過GPIB總線進行查詢。
權利要求1、一種基於GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其特徵在於其包括通訊總線電路、信號控制電路、功率驅動電路、微波切換衰減單元和電源單元；所述GPIB總線、通訊總線電路、信號控制電路、功率驅動電路、微波切換衰減單元依次連接；所述電源單元分別向通訊總線電路、信號控制電路、功率驅動電路、微波切換衰減單元供電；所述通訊總線電路用於實現GPIB總線與信號控制電路間的信息交換，其包括GPIB接口晶片、GPIB連接器和晶振電路；所述GPIB接口晶片通過GPIB連接器實現與GPIB總線間的信息交換；所述晶振電路為GPIB接口晶片提供時鐘頻率；所述信號控制電路包括MCU單片機、複雜可編程邏輯器件CPLD晶片、晶振電路、UART晶片組成，所述MCU單片機對接收到的GPIB指令進行解析、執行相應的操作、以及對驅動電路的反饋信號進行監控並把狀態信息和異常信息通過通訊總線電路上傳給控制器、以及系統異常時觸發一個總復位；所述複雜可編程邏輯器件CPLD晶片提供MCU單片機和功率驅動電路之間的信號邏輯轉換和驅動通道數的擴展；所述UART晶片為MCU單片機提供RS232串行信號通道；所述功率驅動電路包括多個功率驅動晶片，用於將TTL電平控制信號轉化為功率驅動信號從而對微波衰減器或微波開關器材進行驅動，同時把功率驅動晶片自身的工作狀態以串行數據形式反饋給信號控制電路；所述微波切換衰減單元包括多個微波繼電器開關和微波衰減器，用於接受功率驅動電路的驅動從而完成對外部的微波信號完成控制。
2、 根據權利要求1所述的基於GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其 特徵在於所述通訊總線電路包括復位電路；所述復位電路用於通訊總線電路 異常時輸出一個可靠的復位脈衝；所述信號控制電路包括復位電路，所述復位 電路用於在系統上電時和5V供電異常時輸出一個可靠的復位脈衝。
3、 根據權利要求1或2所述的基於GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置， 其特徵在於所述電源單元包括AC-DC交流轉直流開關電源模塊、DC-DC直流轉直流開關電源模塊以及3. 3V的LD0晶片，所述AC-DC交流轉直流開關電源 模塊完成AC220V到DC24V的轉換，用於向功率驅動電路提供電源；所述DC-DC 直流轉直流開關電源模塊完成DC24V到DC5V的轉換，用於向通訊總線電路和 信號控制電路提供電源；所述LDO晶片完成DC5V到DC3. 3V的轉換，用於向信 號控制電路的FPGA晶片提供電源。
4、 根據權利要求3所述的基於GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其 特徵在於所述微波衰減器為步進式衰減器，所述微波繼電器開關為射頻開關。
5、 根據權利要求4所述的基於GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其 特徵在於所述微波繼電器開關包括非磁保持微波繼電器開關和磁保持微波繼 電器開關。
專利摘要本實用新型涉及一種基於GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其包括通訊總線電路、信號控制電路、功率驅動電路、微波切換衰減單元和電源單元；本實用新型目的是提供一種基於GPIB接口控制的微波信號切換和衰減裝置，用於實現對多路微波信號進行路徑切換和信號衰減變換。本實用新型通過對步進式衰減器或射頻開關器材的驅動控制，使GPIB總線控制器可以通過GPIB接口對微波衰減器或微波開關器材進行驅動控制，實現對多路微波信號進行路徑切換和信號衰減變換，廣泛應用於各種自動化檢測、測控系統。
文檔編號H01P1/22GK201429784SQ200920033818
公開日2010年3月24日 申請日期2009年7月7日 優先權日2009年7月7日
發明者張亞鋒, 李小傑, 翟俊峰, 郭恩全 申請人:陝西海泰電子有限責任公司