混合集成特定频率信号发生器的设计简介

混合集成特定频率信号发生器主要应用于某军用引信安全控制系统。它在该引信设计中起着中枢神经的作用,主要用于实现全电子安全系统状态的控制,即按预定条件(如时间、气压、指令等)控制引信在一定逻辑程序作用下,正确实现保险设置、保险解除、环境信息综合判断、特定频率信号产生等控制功能。该系统可根据鱼雷的特点和使用要求来控制三级保险的设置。依靠敏感的系统发射或运动过程中不同的独立航道环境或指令来解除保险,以确保系统使用过程中的安全,同时选用简单、成熟的保险机构来提高可靠性。

混合集成特定频率信号发生器的设计主要是采用可编程逻辑器件进行逻辑编程,以实现高性能系统所需求的复杂逻辑功能。该方法可大大减小元器件数量,增加系统可靠性,而且工作状态稳定,反应速度快,设计周期短,系统成本低。其工艺采用先进的厚膜混合集成技术,产品重量轻,体积小,可靠性高,一致性好。

1 电路设计原理框图

该电路的基本原理框图如图1所示。它主要由晶体振荡器为两个可编程逻辑器件(isp1016E)提供4.096MHz的频率信号,并经分频产生1 kHz信号,然后将其作为计数器的时钟触发。三级开关信号(即系统中的解保信号)依次加到四光电耦合器上,其中第一级开关信号用于驱动可编程逻辑器件isp1016E-1,其输出信号经过驱动器转换后,可将原来输出端的高电平信号转换为低电平信号,以解除系统第一级保险。

第二级开关信号经光耦隔离后用于驱动另一个可编程逻辑器件isp1016E-2,该信号经判断确认时序正确时,isp1016E-2的输出信号经驱动器可产生低电平信号,以解除系统第二级保险。

当第三级开关信号到来并确认当前的三级开关信号时序关系正常后,系统便通过isp1016E-2产生特定频率和占空比的5 V TTL信号,以解除第三级保险,从而使系统进行高压充电,此时引信处于待爆状态。

当三级开关信号时序不正常时。第四路开关信号经过光耦隔离可为两只isp1016E提供复位信号,以使特定频率信号输出端无输出,从而使引信绝火。

2 方案设计

传统数字电路中多由TTL和CMOS器件构成逻辑电路,这样的系统大多存在逻辑器件数目多,电路复杂,板块庞大等缺点。而可编程逻辑器件内部有大量的门电路(2000门)和触发器,通过编程可以连接成各种中小规模的数字电路。这样。寄存器、计数器、多路选择、译码器等电路都很容易通过编程实现。另外,也可以利用可编程逻辑器件配套软件中具备的宏单元库,来编程完成高性能系统所要求的复杂逻辑功能。

由于混合集成特定频率信号发生器的逻辑关系比较复杂,为此,本设计选用可编程逻辑器件isp1016E来实现逻辑功能。以简化设计难度。这样,只要在计算机上输入数字电路原理图或用硬件描述语言描述数字电路,然后经过编译,并将编译后的数据文件下载到可编程逻辑器件上即可完成数字电路的设计,而且电路结构简单,器件少,成本低,设计方便,不容易损坏,同时可大大增加系统的可靠性、减少系统体积。

3 软件设计

混合集成特定频率信号发生器软件由isp1016E-1芯片软件和isp1016E-2芯片软件组成。用于实现有效环境信号的识别、时序判断、两级保险的解除、特定频率信号的产生等功能。设计时应首先定义可编程逻辑器件isp1016E的I／O端口,然后采用Viewlogic软件对系统可编程逻辑器件进行仿真设计。设计编译完成后,便可将数据文件下载到可编程器件中。IspLSI器件可在线路板上编程;也可在专用编程器上编程。

3.1 isp1016E-1芯片设计

isp 1016E-1芯片主要用来实现有效环境信号识别、第一级保险的解除等功能。其设计思想首先是将外接晶振频率分频至1 kHz,以将其作为计数器的时钟触发,每毫秒采样一次第一级开关信号(即解保信号)来对有效信号进行计数,当计数至第N次时,截止计数过程并发驱动信号,接着输出低电平以驱动后序第一级保险动作,同时将信号传至isp 1016E-2。
3.2 isp1016E-2芯片设计

isp 1016E-2芯片用于完成第二、第三级保险解除控制逻辑、时序判断、特定频率信号的产生等功能。可采用同样的分频与累计计数方法,来对二、三级解保信号进行抗干扰滤波处理。若接收到第二级解保信号且判断一、二级解保信号时序正确,则发驱动信号并变为低电平,同时驱动第二级保险动作;若判断时序不对,则封闭第二级解保信号接收通路(不再接收);在接收到控制系统给出的第三级解保信号并确认这三级解保信号的时序关系正常后,系统将输出特定频率和占空比的5 V特定频率信号。

4 系统可靠性及版图设计

为了使电路能更安全可靠的工作,各路的开关信号都先经过光耦再输入电路。输人地与输出地严格分开可保证电路电子元器件的安全;