專利名稱：基于gpib接口的微波信號切換和衰減裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微波信號切換和衰減裝置，屬于電子測量和控制技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在電子測量和測控系統(tǒng)中經(jīng)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(jī))發(fā)送操作指令控制總線接口類設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)測 量和控制的自動(dòng)化。但是，隨著被測量和控制設(shè)備的增多，需要一種可實(shí)現(xiàn)對 更多路微波信號進(jìn)行路徑切換和信號衰減變換的裝置。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供一種基于GPIB接口控制的微波信號切換和衰減裝 置，用于實(shí)現(xiàn)對多路微波信號進(jìn)行路徑切換和信號衰減變換。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是
一種基于GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其特殊之處在于其包
括通訊總線電路、信號控制電路、功率驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路、微波切換衰減單元供電；
所述通訊總線電路用于實(shí)現(xiàn)GPIB總線與信號控制電路間的信息交換，其 包括GPIB接口芯片、GPIB連接器和晶振電路；所述GPIB接口芯片通過GPIB
連接器實(shí)現(xiàn)與GPIB總線間的信息交換；所述晶振電路為GPIB接口芯片提供時(shí) 鐘頻率；
所述信號控制電路包括MCU單片機(jī)、復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD芯片、晶 振電路、UART芯片組成，所述MCU單片機(jī)對接收到的GPIB指令進(jìn)行解析、執(zhí) 行相應(yīng)的操作、以及對驅(qū)動(dòng)電路的反饋信號進(jìn)行監(jiān)控并把狀態(tài)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(tǒng)異常時(shí)觸發(fā)一個(gè)總復(fù)位；所述復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD芯片提供MCU單片機(jī)和功率驅(qū)動(dòng)電路之間的信號邏輯轉(zhuǎn) 換和驅(qū)動(dòng)通道數(shù)的擴(kuò)展；所述UART芯片為MCU單片機(jī)提供RS232串行信號通 道；
所述功率驅(qū)動(dòng)電路包括多個(gè)功率驅(qū)動(dòng)芯片，用于將TTL電平控制信號轉(zhuǎn)化 為功率驅(qū)動(dòng)信號從而對微波衰減器或微波開關(guān)器材進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)把功率驅(qū)動(dòng) 芯片自身的工作狀態(tài)以串行數(shù)據(jù)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(gè)微波繼電器開關(guān)和微波衰減器，用于接受 功率驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)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(fù)位電路， 所述復(fù)位電路用于通訊總線電路異常時(shí) 輸出一個(gè)可靠的復(fù)位脈沖；所述信號控制電路包括復(fù)位電路，所述復(fù)位電路用 于在系統(tǒng)上電時(shí)和5V供電異常時(shí)輸出一個(gè)可靠的復(fù)位脈沖。
上述電源單元包括AC-DC交流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源模塊、DC-DC直流轉(zhuǎn)直流開 關(guān)電源模塊以及3. 3V的LD0芯片，所述AC-DC交流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源模塊完成 AC220V到DC24V的轉(zhuǎn)換，用于向功率驅(qū)動(dòng)電路提供電源；所述DC-DC直流轉(zhuǎn)直 流開關(guān)電源模塊完成DC24V到DC5V的轉(zhuǎn)換，用于向通訊總線電路和信號控制 電路提供電源；所述LD0芯片完成DC5V到DC3.3V的轉(zhuǎn)換，用于向信號控制電 路的FPGA芯片提供電源。
上述微波衰減器為步迸式衰減器，所述微波繼電器開關(guān)為射頻開關(guān)。
上述微波繼電器開關(guān)包括非磁保持微波繼電器開關(guān)和磁保持微波繼電器 開關(guān)。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)
1、 本實(shí)用新型基于GPIB總線(IEEE488接口)設(shè)計(jì)，通過對步進(jìn)式衰減 器或射頻開關(guān)器材的驅(qū)動(dòng)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(guān)器材進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對多路微波信號進(jìn)行路徑切換和信 號衰減變換，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化檢測、測控系統(tǒng)。
2、 本實(shí)用新型可驅(qū)動(dòng)控制的信號路數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)配置為64路，在擴(kuò)展情況下 可達(dá)128路；
3、 本實(shí)用新型具有脈沖驅(qū)動(dòng)和直流驅(qū)動(dòng)兩種方式，支持磁保持和非磁保 持微波繼電器開關(guān)和微波衰減器；
54、 微波開關(guān)和衰減器可以采用電流(電壓)驅(qū)動(dòng)，也可以TTL邏輯電平 驅(qū)動(dòng)；
5、 本實(shí)用新型采用GPIB總線控制技術(shù)，便于系統(tǒng)集成使用；
6、 本實(shí)用新型采用SCPI指令集，編程、操作方便快捷；
7、 本實(shí)用新型具有完善的工作狀態(tài)自檢，工作狀態(tài)即時(shí)顯示，而且驅(qū)動(dòng) 電路部分的超載、超電壓、負(fù)載短路、負(fù)載開路、超溫等情況都處于內(nèi)部監(jiān)控 范圍內(nèi)。
圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)電路，5為微波切換衰減單元；
圖2是本實(shí)用新型通訊總線電路的原理圖，圖中U3為GPIB接口芯片，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(jī)，U2為復(fù)雜可編程 邏輯器件CPLD芯片，U4為地址鎖存器，Ull為復(fù)位電路。
圖4是功率驅(qū)動(dòng)電路的原理圖，圖中U5為功率驅(qū)動(dòng)芯片；
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(guān)繼電器， J4為微波衰減器，Dl、 D2、 D3、 D4為二極管；DRIVE為驅(qū)動(dòng)輸入口， 0UT1、 0UT2、 0UT3、 0UT4為設(shè)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(zhuǎn)直流開關(guān)電源模塊，DC-DC 為直流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源模塊，U10為低壓差穩(wěn)壓器。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型主要包括通訊總線電路1、信號控制電路2、功 率驅(qū)動(dòng)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接口芯片U3TNT4882、 GPIB連接 器、40MHz晶振電路JT2、復(fù)位電路。其功能主要是由GPIB接口芯片U3TNT4882 實(shí)現(xiàn)設(shè)備與GPIB總線間的信息交換；GPIB接口芯片U3TNT4882通過一個(gè)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(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)串行通訊。有源振蕩器JT2組成40MHz的晶振電路JT2為 TNT4882提供時(shí)鐘頻率。GPIB接口芯片TNT4882的工作狀態(tài)指示端(REMO、LADCS 和TADCS)連接到發(fā)光二極管進(jìn)行指示。GPIB接口芯片TNT4882的工作模式可 分為單芯片模式和雙芯片模式兩種，由于單芯片模式采用的是最簡單且最快速 的結(jié)構(gòu)，而且是NI公司推薦的TNT4882工作模式，因此，本設(shè)計(jì)采用單芯片 模式。
圖3所示的信號控制電路包括MCU單片機(jī)UlATMega128、復(fù)雜可編程邏輯 器件CPLD芯片U2XC95144、 14. 7456願(yuàn)z晶振電路、地址鎖存器U474AHC573、 復(fù)位電路U11IMP707和UART芯片MAX232A。信號控制電路功能是實(shí)現(xiàn)MCU單片 機(jī)周圍芯片的配置，接收并解析來自GPIB總線的信號，輸出控制信號，并給 GPIB總線提供設(shè)備狀態(tài)信息。MCU單片機(jī)UlATMega128完成對數(shù)據(jù)總線上接收 到的GPIB指令進(jìn)行收發(fā)、解析，執(zhí)行相應(yīng)的操作并輸出相應(yīng)的控制信號；MCU 單片機(jī)U1也對驅(qū)動(dòng)電路所反饋信號進(jìn)行監(jiān)控，把狀態(tài)信息和異常信息通過通 訊總線上傳給控制器；電路板上的其它芯片的初始化配置也是由MCU單片機(jī) ATMegal28進(jìn)行配置的。地址鎖存器U474AHC573對MCU單片機(jī)Ul的高8位地 址(A8 A15)進(jìn)行了鎖存,擴(kuò)展了地址總線的寬度。復(fù)雜可編程邏輯器件U2CPLD 芯片XC95144對內(nèi)部地址總線的若干高位地址線進(jìn)行線譯碼，得到幾根片選線 提供給系統(tǒng)中需要片選信號的芯片，提供了 MCU單片機(jī)和功率驅(qū)動(dòng)電路之間的 信號邏輯轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)通道數(shù)的擴(kuò)展。電路中MCU單片機(jī)ATMegal28所提供的是 一個(gè)SPI接口，要連接到若干個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片TLE6240，是通過CPLD芯片XC95144 內(nèi)部所構(gòu)建的多路復(fù)用器來實(shí)現(xiàn)分時(shí)形式的連接?？刂破靼l(fā)送的復(fù)位指令可由 MCU單片機(jī)來觸發(fā)一個(gè)總復(fù)位。復(fù)位電路IMP707在系統(tǒng)上電時(shí)和5V供電異常 時(shí)輸出一個(gè)可靠的復(fù)位脈沖，確保MCU單片機(jī)的正常運(yùn)行。MAX232A芯片為MCU 單片機(jī)提供了一個(gè)RS232串行信號通道。
圖4所示的是由若干片驅(qū)動(dòng)芯片TLE6240 (包括U5、 U6)組成的功率驅(qū)動(dòng) 電路，該芯片把TTL電平信號轉(zhuǎn)化為功率驅(qū)動(dòng)信號，同時(shí)把功率驅(qū)動(dòng)芯片(U5、 U6)自身的工作狀態(tài)以串行數(shù)據(jù)形式反饋給信號控制電路。功率驅(qū)動(dòng)電路功能 是把控制信號進(jìn)行放大，從而對微波衰減器或微波開關(guān)器材進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其目的
7是為了提高控制信號的驅(qū)動(dòng)能力；驅(qū)動(dòng)芯片的控制端采用SPI串行數(shù)據(jù)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(shù)量上的 需求，各驅(qū)動(dòng)芯片的SCK和SI并聯(lián)使用，片選信號/CS和SO采用分時(shí)形式和 MCU單片機(jī)相連接。功率驅(qū)動(dòng)信號OUT送給驅(qū)動(dòng)接口，對微波衰減器或微波開 關(guān)器材進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
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(guān) 器材、輸入、輸出接口組成。微波衰減器采用步進(jìn)式衰減器，微波開關(guān)繼電器 (Jl、 J2、 J3、 J4)為射頻開關(guān)。微波開關(guān)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(guān)繼電器接受功率驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)，從而完成 對外部的微波信號完成控制。驅(qū)動(dòng)接口 (DRIVE)的信號來自前述的功率驅(qū)動(dòng) 電路，微波衰減器或微波開關(guān)繼電器在電路中用繼電器符號表示，其切換的結(jié) 果(0UT1 0UT4)經(jīng)設(shè)備的輸出接口連接到設(shè)備面板供用戶連接使用。圖中的 二極管(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(qū)動(dòng)電壓來確定，兩者保持相同。
圖6為電源單元單元，負(fù)責(zé)給整個(gè)系統(tǒng)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(gè)AC-DC交流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源模塊和一 個(gè)DC-DC直流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源模塊以及一個(gè)3. 3V的LDO芯片(LM1117-3. 3V) 組成。AC220V經(jīng)過AC-DC開關(guān)電源模塊轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?4V，直流24V提供給功率 驅(qū)動(dòng)電路和微波切換衰減單元電路，同時(shí)也經(jīng)過DC-DC開關(guān)電源模塊變換得到 直流5V; 5V是除過FPGA芯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芯片(XC95144)的電源采用了直流3. 3V， 它是采用低壓差穩(wěn)壓器U10SPX1117R3, 3對直流5V降壓得到的。
本實(shí)用新型的工作過程如下
將本實(shí)用新型通過GPIB電纜線接入到總線，GPIB總線控制器會(huì)自動(dòng)監(jiān)測 到有設(shè)備插入，并且向插入設(shè)備查詢其GPIB地址。然后由GPIB總線控制器向 本實(shí)用新型發(fā)出初始化指令，使其完成設(shè)備初始化。
GPIB總線控制器所發(fā)送的SCPI操作指令經(jīng)過總線接口芯片傳輸給信號控 制電路。信號控制電路對所接收到的指令進(jìn)行解析，并根據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)的處 理反饋査詢信息，完成用戶的配置、設(shè)置操作，或者產(chǎn)生正確的控制信號并反饋指令的處理結(jié)果。控制信號進(jìn)一步送給功率驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大，進(jìn)而 驅(qū)動(dòng)微波衰減器或微波開關(guān)器材。
功率驅(qū)動(dòng)電路在內(nèi)部對超載、超電壓、負(fù)載短路、負(fù)載開路、電路超溫等 異常狀態(tài)保持實(shí)時(shí)性檢測，保證開關(guān)切換準(zhǔn)確可靠。異常狀態(tài)信息和系統(tǒng)中的
運(yùn)行狀態(tài)都可以通過GPIB總線進(jìn)行查詢。
權(quán)利要求1、一種基于GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其特征在于其包括通訊總線電路、信號控制電路、功率驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路、微波切換衰減單元供電；所述通訊總線電路用于實(shí)現(xiàn)GPIB總線與信號控制電路間的信息交換，其包括GPIB接口芯片、GPIB連接器和晶振電路；所述GPIB接口芯片通過GPIB連接器實(shí)現(xiàn)與GPIB總線間的信息交換；所述晶振電路為GPIB接口芯片提供時(shí)鐘頻率；所述信號控制電路包括MCU單片機(jī)、復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD芯片、晶振電路、UART芯片組成，所述MCU單片機(jī)對接收到的GPIB指令進(jìn)行解析、執(zhí)行相應(yīng)的操作、以及對驅(qū)動(dòng)電路的反饋信號進(jìn)行監(jiān)控并把狀態(tài)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(tǒng)異常時(shí)觸發(fā)一個(gè)總復(fù)位；所述復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD芯片提供MCU單片機(jī)和功率驅(qū)動(dòng)電路之間的信號邏輯轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)通道數(shù)的擴(kuò)展；所述UART芯片為MCU單片機(jī)提供RS232串行信號通道；所述功率驅(qū)動(dòng)電路包括多個(gè)功率驅(qū)動(dòng)芯片，用于將TTL電平控制信號轉(zhuǎn)化為功率驅(qū)動(dòng)信號從而對微波衰減器或微波開關(guān)器材進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)把功率驅(qū)動(dòng)芯片自身的工作狀態(tài)以串行數(shù)據(jù)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(gè)微波繼電器開關(guān)和微波衰減器，用于接受功率驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)從而完成對外部的微波信號完成控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其 特征在于所述通訊總線電路包括復(fù)位電路；所述復(fù)位電路用于通訊總線電路 異常時(shí)輸出一個(gè)可靠的復(fù)位脈沖；所述信號控制電路包括復(fù)位電路，所述復(fù)位 電路用于在系統(tǒng)上電時(shí)和5V供電異常時(shí)輸出一個(gè)可靠的復(fù)位脈沖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置， 其特征在于所述電源單元包括AC-DC交流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源模塊、DC-DC直流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源模塊以及3. 3V的LD0芯片，所述AC-DC交流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源 模塊完成AC220V到DC24V的轉(zhuǎn)換，用于向功率驅(qū)動(dòng)電路提供電源；所述DC-DC 直流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源模塊完成DC24V到DC5V的轉(zhuǎn)換，用于向通訊總線電路和 信號控制電路提供電源；所述LDO芯片完成DC5V到DC3. 3V的轉(zhuǎn)換，用于向信 號控制電路的FPGA芯片提供電源。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其 特征在于所述微波衰減器為步進(jìn)式衰減器，所述微波繼電器開關(guān)為射頻開關(guān)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于GPIB接口的微波信號切換和衰減裝置，其 特征在于所述微波繼電器開關(guān)包括非磁保持微波繼電器開關(guān)和磁保持微波繼 電器開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于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(qū)動(dòng)電路、微波切換衰減單元和電源單元；本實(shí)用新型目的是提供一種基于GPIB接口控制的微波信號切換和衰減裝置，用于實(shí)現(xiàn)對多路微波信號進(jìn)行路徑切換和信號衰減變換。本實(shí)用新型通過對步進(jìn)式衰減器或射頻開關(guān)器材的驅(qū)動(dòng)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(guān)器材進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對多路微波信號進(jìn)行路徑切換和信號衰減變換，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化檢測、測控系統(tǒng)。
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(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者張亞鋒, 李小杰, 翟俊峰, 郭恩全 申請人:陜西海泰電子有限責(zé)任公司