CN206906452U - 一种示波器输入调理电路及cc型雷达测试与故障检测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种示波器输入调理电路及CC型雷达测试与故障检测***，属于雷达测试与检测设备领域。本实用新型包括PXIe接口、FPGA、继电器、阻抗网络和电流缓冲器，PXIe接口与示波器终端连接，FPGA的输入端与PXIe接口连接，FPGA的输出端与继电器连接，阻抗网络包括两个负载通道，继电器根据FPGA输出的阻抗命令选择阻抗网络中的负载通道，继电器同时与电流缓冲器连接，电流缓冲器的输出端与示波器的输入端连接。本实用新型中FPGA收到PXIe接口的阻抗命令后根据命令产生继电器控制信号，控制继电器，从而切换CC雷达测试与故障检测***的示波器测试通道输入阻抗，以满足不同的检测需求。

Description

一种示波器输入调理电路及CC型雷达测试与故障检测***

技术领域

本实用新型属于雷达测试与检测设备领域，更具体地说，涉及一种CC型雷达测试与故障检测***示波器输入调理电路。

背景技术

新一代天气雷达在灾害性天气监测和预警服务方面发挥了重要作用，为了确保雷达正常业务运行，国内很多技术保障人员在故障分析和维护方面积累了很多经验，例如王志武(王志武，周宏根，林忠南，新一代天气雷达SA&B的故障分析[J].现代雷达，2005,27(1)：16-17,28)等搜集和整理了十几个CINRAD SA/B雷达出现的相似故障，针对性地提出了一些加强新一代天气雷达可靠性的措施和该机雷达性能的意见。梁金元(梁金元，CINRAD/CC 雷达发射机高压电源检修方法及故障实例[J].山西气象，2005，(3)：33-34,36)通过分析 CINRAD/CC雷达发射机高压电源工作原理，并通过故障实例提出了高压电源的检修方法。作为中国气象局气象业务布网使用的设备，CINRAD/CC型雷达具有较高的可靠性、稳定性好较好的维修性，雷达发生故障时，根据报警信息结合维修面板的指示报警情况，做出相应的判断，按照各***工作原理和信号流程，并直接检修与报警参数想的电路。但是有一些性能参数指标下降引起的故障或者不是主要的故障监测点，雷达监控***无法检测出故障并报警，需要技术人员通过分析找出故障的原因和故障点。

CC型雷达测试与故障检测***示波器输入调理电路具有成本低、体积小、寿命长、环境污染小、携带方便、操作简单等优点，由于在新一代天气雷达测试与故障诊断***中，有一个测试脉冲包络的流程，该流程需要使用50Ω的输入阻抗，但是其它测量内容需要1MΩ的输入阻抗，现有的调理电路结构均比较复杂，不适合直接应用到CC型雷达测试与故障检测***中去调理示波器的输入阻抗，故需要设计一种调理电路来实现50Ω和1MΩ输入阻抗的自动切换，以实现雷达相关参数的测量。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有的CC型雷达故障检测***中的阻抗档位不能自动切换的问题，本实用新型提供一种示波器输入调理电路及CC型雷达测试与故障检测***，在阻抗网络内设计了50Ω负载通道和1MΩ负载通道，通过FPGA接收来自PXIe的示波器阻抗命令，根据总线命令对继电器进行控制，切换其负载通道。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种示波器输入调理电路，包括PXIe接口、FPGA、继电器、阻抗网络和电流缓冲器，所述的PXIe接口与示波器终端连接，所述的FPGA的输入端与PXIe接口连接，所述的FPGA 的输出端与继电器连接，所述的阻抗网络包括两个负载通道，所述的继电器根据FPGA输出的阻抗命令选择阻抗网络中的负载通道，所述的继电器同时与电流缓冲器连接，所述的电流缓冲器的输出端与示波器的输入端连接。

更进一步地，所述的FPGA为XC6SLX45T，具有4对高速串行接口，所述的PXIe接口与FPGA的高速串行接口连接，实现标准PXIe通信。

更进一步地，所述的阻抗网络包括50Ω负载通道和1MΩ负载通道。

更进一步地，所述的电流缓冲器为BUF634。

更进一步地，所述的PXIe接口为FPGA供电，电源输入FPGA前依次采用LC电源滤波器和EMI滤波器进行滤波处理。

一种CC型雷达测试与故障检测***，包括示波器和上述任意一项所述的示波器输入调理电路。

更进一步地，还包括频谱仪和/或万用表，所述的万用表与CC型雷达连接，用于测量其电压或电流；所述的频谱仪用于测量CC型雷达的电信号变化。

现有的故障检测***中示波器输入阻抗为50欧姆，而实际应用时需要50欧姆和1兆欧姆之间可以切换，所以设计了示波器输入前端设计了阻抗调理电路，阻抗网络内设计了50 欧姆负载通道和1兆欧姆负载通道，在调理电路上可通过继电器切换其负载通道。在故障检测平台中的示波器终端面板通过PXIe接口向调理电路发送阻抗命令，FPGA收到终端阻抗命令后根据命令产生继电器控制信号，控制继电器，从而切换CC雷达测试与故障检测***的示波器测试通道输入阻抗。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型解决了CC型雷达测试与故障检测***示波器输入电路的阻抗匹配问题，通过FPGA控制继电器去实现自动匹配50Ω/1MΩ的阻抗，可以实现远程控制，操作更加简单，操作者可以快速上手；

(2)本实用新型可以根据检测需要自由选择不同阻抗，提升了CC型雷达测试与故障检测***中脉冲包络测试的准确度；

(3)本实用新型通过PXIe总线给FPGA供电，在电源输入给FPGA之前，采用LC电源滤波器和EMI滤波器进行处理，滤除电源的噪声，提高了供电的稳定度；

(4)本实用新型中CC型雷达测试与故障检测***示波器输入调理电路有两个通道，与示波器的通道数相匹配(示波器也有两个通道)，在使用的时候两个通道均可以接信号。

附图说明

图1为本实用新型中输入调理电路的原理框图；

图2为本实用新型中输入调理电路的示意图；

图3为本实用新型中仪器数量增加时，***的吞吐量变化示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1-图2所示，一种示波器输入调理电路，包括PXIe接口、FPGA、继电器、阻抗网络和电流缓冲器，PXIe接口与示波器终端连接，FPGA为XC6SLX45T，具有4对高速串行接口，PXIe接口与FPGA的高速串行接口连接，实现标准PXIe通信，FPGA的输出端与继电器连接，阻抗网络包括两个负载通道(分别为50Ω负载通道和1MΩ负载通道)，继电器根据FPGA输出的阻抗命令选择阻抗网络中的负载通道，继电器同时与电流缓冲器(电流缓冲器为BUF634)连接，电流缓冲器的输出端与示波器的输入端连接。PXIe接口同时为 FPGA供电，电源输入FPGA前依次采用LC电源滤波器和EMI滤波器进行滤波处理。

一种CC型雷达测试与故障检测***，包括示波器和上述的示波器输入调理电路，示波器输入调理电路接收检测***的测试信号，根据测试信号选择合适的阻抗，以适应测试脉冲包络的流程或其他测试仪器(如频谱仪、万用表)的需求。

本实施例中采用PXIe总线电源供电，电源方面经过了一系列电源滤波以及电源管理， FPGA接收来自PXIe的示波器阻抗命令，根据命令控制产生继电器控制信号，控制继电器选择不同的阻抗。***结构设计如图1所示。本实施例的调理电路具体工作过程为：CC型雷达测试与故障检测***接收检测信号的输入，并将信号通过PXIe接口传输给FPGA，FPGA接收到信号，如果是测试脉冲包络的流程的需求，则FPGA产生继电器控制信号，使继电器选择50Ω的输入阻抗，然后通过BUF634向示波器输出电流；如果是其他测试内容的需求 (例如万用表检测等)，则FPGA产生继电器控制信号，使继电器选择1MΩ的输入阻抗，然后通过BUF634向示波器输出电流。

本设计中选择赛灵思公司的XC6SLX45T型号FPGA，具有4对高速串行接口，其高速串行接口可直接与PXIe的高速接口连接，调用官方提供IP实现PXIe总线与板卡本地总线桥接，然后FPGA在根据总线命令对继电器进行控制，实现示波器输入的阻抗控制。

PXIe总线

PXIe混合兼容的插槽，使得PXI与PXI-Express模块可以协同工作于同一***。故PXI 与PXI-Express***均有面向自动化测试应用的三个关键技术优势。这些技术优势包括：

(1)灵活的、软件定义的仪器；

(2)模块化仪器的集成；

(3)高数据吞吐量。

软件定义的仪器***所具备的灵活性，使得用户可以为各种不同的测量重新配置测试***。这对于RF/通信制造测试尤为重要，该领域常常需要对同一台设备针对多个协议标准进行特定测量。

其次，将模块化仪器集成到同一***，使得用户可以从超过1500种现有的PXI仪器中选择合适的仪器。这些仪器包括测试与测量行业中最高性能的仪器；

1)18位高精度多功能数据采集。

2)采样率为500ks/s，精度高达24位的高精度数字化仪器。

3)具有PA精度和1000v测量范围的快速7位半数字毫表。

4)高达6.6GHz的RF信号分析与发生器。

5)高密度通道数与同步(高达5000个动态通道)。

这种在同一***中使用多个PXI仪器的能力使得单个测试***可以用于测试多种混合信号设备。一个常见应用时PXI***用于混合信号半导体ASIC特征。

最后，PXI与PXI-Express仪器均具有一条用于仪器到主机PC传输信息的高性能数据线。PXI仪器为总线上的所有设备提供高达132MB/s的共享带宽。PXI-Express仪器通过快速PCI总线甚至能够达到更高的吞吐量。快速PCI总线是一个点对点的高速串行总线，其每插槽带宽可以从250MB/s扩展到2GB/s。例如，一个x4PXI-Express插槽为该插槽中的设备提供高达1GB/s的专用带宽。此外当更多仪器被添加至***中时，***的吞吐量相应增加，如图3所示。

PXI-Express仪器吞吐量的提高，使得数项新的应用成为可能。凭借总线的高吞吐量， PXI-Express仪器与PXI-Express RAID硬盘驱动器协同使用，可以实现高速数据流导入磁盘或数据流导出磁盘的配置。这个能力尤其适用于两个特殊应用——智能信号与数字视频测试。

PXI模块化仪器***利用主流PC中的先进技术，定义了一种坚固的、可用于测量和自动化的计算平台。该***还充分利用标准的PCI总线技术，受益于广泛使用的软件和硬件组件。PXI***中的软件程序和操作***早已用在日常的台式PC中，所以可以很快进行开发工作。PXI中还增加了坚固的工业封装、大量的I/O插槽，以及高级的定时与触发功能，可充分满足您的应用需求。

NI PXI机箱与控制器的设计优势––从散热性、电磁兼容性、电源可靠性、稳定性、软件支持与兼容性等技术角度，NI PXI机箱及控制器产品在设计、生产、售后服务等方面都进行了优化。

NI PXI插槽挡板–NI还提供了插槽挡板，即塑料的模块化PXI填充板，占用箱中未使用的插槽。这样可以通过降低空插槽中的气流来增强有效的降温气流。使用插槽挡板可以使工作模块中电子元件的温度升幅降低20％，从而改善机箱的降温性能。

FPGA

FPGA(Field Programmable Gate Array)现场可编程逻辑门阵列，它是在GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。它是当今数字***设计的主要硬件平台，其主要特点就是完全由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能，PCB电路板，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设计工作成为软件开发工作，缩短了***设计的周期，提高了实现的灵活性并降低了成本。

FPGA的特点：

(1)高性能是实时性，由于FPGA芯片内部是通过上百万个逻辑单元完成硬件实现，具有并行处理的能力，运算速度比平常的单片机和DSP快很多。

(2)高集成性FPGA可根据用户的需求在内部嵌入硬/软IP核，以实现不同的而要求而且采用SOPC技术也可节省目标硬件的面积。

(3)高可靠性和低成本目前的FPGA芯片在出厂之前都做过100％的检测，不需要设计人员承担投片生产的费用。

(4)高灵活性和低功耗FPGA是现场可编程，用户可以反复的编程，擦写，使用，或者在***电路保持不变的情况下，采用不同的设计而实现不同的功能，这样给产品的升级和维护带来极大的方便。

在本实用新型的CC型天气雷达测试与故障诊断***中，为实现自动匹配50Ω和1MΩ的功能，在数据采集模块中，对实时性和控制准确性要求较高，所以通常都会选择FPGA来控制继电器。

继电器

继电器(英文名称：relay)是一种电控制器件，是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制***(又称输入回路)和被控制***(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

继电器一般都有能反映一定输入变量(如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等)的感应机构(输入部分)；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构(输出部分)；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构(驱动部分)。

作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：

1)扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。

2)放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。

3)综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。

4)自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。

电流缓冲器

在本实施例的CC型雷达测试与故障检测***示波器输入调理电路中，采用电流缓冲器的型号为BUF634。BUF634是一种高速开环增益缓冲器，它可用于运算放大器的反馈环路内，一起增加输出电流消除热反馈和改善容性负载驱动。对于一个低电压的应用，BUF634工作在1.5mA静态电流，输出为250mA，2000u/s电压转换速率和30MHz带宽。频带宽度可以调整，从30MHz--180MHz，V-和BW引脚之间连接一个电阻。输出电路完全由内部电流保护限制和热关机使其坚固耐用，使用方便。

缓冲器的作用：

1、完成速度的匹配。

2、提供一个暂存的空间。

3、放大信号，提高驱动能力。减少传输及负载对信号源的影响。

4、信号隔离的作用，消除负载对信号源的影响。

主要技术指标

1、驱动电流：250mA；

2、带宽：180MHz；

3、响应速度：≤5ns。

Claims (7)

1.一种示波器输入调理电路，其特征在于：包括PXIe接口、FPGA、继电器、阻抗网络和电流缓冲器，所述的PXIe接口与示波器终端连接，所述的FPGA的输入端与PXIe接口连接，所述的FPGA的输出端与继电器连接，所述的阻抗网络包括两个负载通道，所述的继电器根据FPGA输出的阻抗命令选择阻抗网络中的负载通道，所述的继电器同时与电流缓冲器连接，所述的电流缓冲器的输出端与示波器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种示波器输入调理电路，其特征在于：所述的FPGA为XC6SLX45T，具有4对高速串行接口，所述的PXIe接口与FPGA的高速串行接口连接，实现标准PXIe通信。

3.根据权利要求1所述的一种示波器输入调理电路，其特征在于：所述的阻抗网络包括50Ω负载通道和1MΩ负载通道。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种示波器输入调理电路，其特征在于：所述的电流缓冲器为BUF634。

5.根据权利要求4所述的一种示波器输入调理电路，其特征在于：所述的PXIe接口为FPGA供电，电源输入FPGA前依次采用LC电源滤波器和EMI滤波器进行滤波处理。

6.一种CC型雷达测试与故障检测***，其特征在于：包括示波器和权利要求1-5中任意一项所述的示波器输入调理电路。

7.根据权利要求6所述的一种CC型雷达测试与故障检测***，其特征在于：还包括频谱仪和/或万用表，所述的万用表与CC型雷达连接，用于测量其电压或电流；所述的频谱仪用于测量CC型雷达的电信号变化。