Разработка принципиальной схемы

Принципиальная схема аппаратной части системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств (измерительная часть) представлена в графической части (черт. КАПП 000 000 001 ГЧ).

Конструктивно вся принципиальная электрическая схема и, соответственно, печатная плата разделяются на две части: собственно детекторная головка, которая будет располагаться непосредственно на СВЧ щупе и схема измерительной части. 

    Входной СВЧ сигнал поступает в измерительную часть через согласованную нагрузку R1=50 Ом и проходной конденсатор С3=10 нФ. Затем детектируется диодами Шоттки HSCH-5336 (V1), предусматривающие сопротивление нагрузки R3=100 кОм. Делитель R4, R2 обеспечивает постоянное смешение напряжения измеряемого сигнала U_см»200 мкВ для повышения точности измерения малых сигналов. Конденсатор С10 выделяет постоянную составляющую измеряемого сигнала и полученный сигнал поступает на усилитель мощности (D3, D4, D9, D10) с управляемым коэффициентом усиления. Схема установки необходимого коэффициента усиления входного сигнала состоит из двух операционных усилителей OP177GS (на схеме D3 и D10) и двух демультиплексоров MC14052BD (D4 и D9). В зависимости от поступающего из МК (D8) кода демультиплексорами коммутируется соответствующее сопротивление в обратной связи ОУ, что позволяет устанавливать коэффициенты приведенные в Таблица 4.1.

Таблица 4.1 - Таблица кодов управления усилителем мощности.

    Коэффициент выбирается из такого расчета, чтобы полученное в результате усиления или ослабления измеряемого сигнала, напряжения на входе АЦП AD7893AR-2 (D6) находилось в интервале от U_оп/4 до U_оп, для обеспечения максимальной точности преобразования.

После этого измеряемый сигнал поступает на вход V_in АЦП (D6), который по команде МК CONV=0 измеряет его сигнал и передает по последовательному каналу SDATA в МК.

Микросхема AD680AR (D5) необходима для формирования опорного напряжения (U_оп = +2,5 В) для АЦП.

Микросхема MAX810M (D7) служит для предохранения от сбоев во время работы МК в моменты включения и выключения питания схемы и работает следующим образом: при понижении входного напряжения питания от (+5 ¸ +6) В до +4,5 В формируется сигнал RST, который приводит к сбросу (переинициализации) МК, что предотвращает возможность случайной записи в ППЗУ или каких-либо других нежелательных действий.

Микросхема MC74AC00D (D11) лог. 4 И НЕ необходима для инверсии и усиления соответствующих сигналов.

Микросхемы HCPL-2611 (D12 – D13) служат для гальванической развязки приведенной схемы со схемой сопряжения.

Электрическое питание схемы осуществляется от источника стабилизированного напряжения +5 В. При помощи микросхем ADM660AR (D1 – D2) получают напряжение электропитания –5 В и +10 В необходимые для измерительного канала. Для электрической развязки электропитания измерительного канала (+10VA,-5VA), схемы преобразования (+5VC), цифровых части (+5VD) использованы LC фильтры 2-го порядка.

Расчет надежности

С целью обеспечения заданных в техническом задании показателей надежности измерителя коэффициента передачи и отражения Р2- «Растр» составлена программа обеспечения надежности (ПОН), которая выполнена.

В соответствии с ПОН был проведен расчет количественных показателей надежности. Расчет выполнен в соответствии с РД4.4110.04-93, и представлен в приложении Б. Все необходимые надежностные показатели, сведенные в общую таблицу, представленную в приложении А, выбирались из расчета рабочей температуры внутри прибора t_раб = 50 °С и соответствия группе 1.1 УХЛ по климатическим воздействиям.

Результаты расчета приведены в Таблица 5.1.

Таблица 5.1 - Результаты расчета надежности.

Заданные в ТЗ показатели надежности выполнены, за исключением среднего времени ремонта, которое превышает заданное на 16,7 % (10 мин.). Значения показателей надежности соответствуют нормам, установленным действующей НТД.

Комплектующие изделия и материалы используемые для расчета надежностных показателей являются (где это возможно) отечественными аналогами устанавливаемых в измерительной части Р2- комплектующих элементов. Устанавливаемые в приборе ЭРЭ иностранного производства имеют не худшие надежностные характеристики по сравнению с используемыми в расчетах.

Анализ и оценка рассмотренных материалов по обеспечению надежности разрабатываемой измерительной части Р2- «Растр» показали, что требования ПОН на стадии разработки опытных образцов – выполнены.

Заключение

В данной работе была обоснована целесообразность проведения разработки системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств на базе микроконтроллера ATMEL 89S8252-24QC.

В результате выполнения работы была разработана измерительная часть системы автокалибровки и измерения, которая согласно техническому заданию:

- принимает от датчика СВЧ сигнала постоянное напряжение от 5 мкВ до 3,6 В;

- усиливает его усилителем постоянного тока с коммутируемым коэффициентом усиления (1/4,1,4,16,64,256) и подает этот сигнал на АЦП;

- результат измерения АЦП передается в микроконтроллер, усредняется за 1,2,4,8 измерений, корректируется по специальной функции и предается через последовательный канал связи в управляющий компьютер для дальнейшей обработки;

- имеет информационную производительность 2.4×10³ результатов в секунду;

- точность измерения (в верхней части измеряемых значений) составляет 0,1 %.

Представлена принципиальная схема и топология платы печатного монтажа. Рассчитана надежность измерительной части. Разработанная система внедряется на базе НПК АООТ "РИТМ". Система автокалибровки и измерения применяется в составе измерителя коэффициента стоячей волны (КСВ) Р2-, который в свою очередь входит в состав измерительной системы «Растр».