基于VPX 架构的地测工装继电器卡测试卡设计

2020-12-22 10:36范承宇罗岚芮孙广明
机电产品开发与创新 2020年6期
关键词:板卡电路设计原理图

范承宇, 罗岚芮, 孙广明

(中国兵器装备集团自动化研究所, 四川 绵阳 621000)

0 引言

通用3U-VPX 地测板卡测试工装由上位机、 测控机箱、专用测试板卡组成。 用于实现对被测对象的供电、外部激励模拟、数据接收等功能。 其中继电器卡测试卡,在工作状态下,由MCU 与上位机控制,与继电器功能卡相连,以测试32 路继电器的闭合状态和负载性能[1]。

1 总体设计

板卡电路由继电器状态测试电路、网络控制电路、电源电路、串口转接(RS232)电路、JTAG 转接电路等组成,系统原理图如图1 所示。

继电器测试电路是继电器测试卡的功能核心,由AD采集电路与选择电路组成。功能卡32 路继电器电路通过VPX 连接器连接到测试卡, 经过选择芯片ADG5206,选择其中一路进行AD 采集, 经由跟随电路处理后接入MCU 控制端,MCU 根据接收的AD 信号,判断32 路继电器电路通断情况,并计算电路的电流大小,测试卡正常工作时负载电流达到2A 认为电路负载性能合格。 网络控制电路主要由网络变压器及PHY 组成,用于实现上位机对MCU的控制,使其在测试继电器电路通断与负载性能时实现自动化。 测试卡使用3.3V 与5V 两种电源, 分别由LT3972IMSE#PBF与WRA0505S-3WR2 芯片产生。

图1 系统框图Fig.1 System diagram

2 继电器测试电路

2.1 MCU 电路设计

继电器测试电路核心部件采用Cortex M3 内核的GD32F207VKT6 处理器,该处理器激励电压为3.3V,主频为120MH, 内部含有3072K 字节的FLASH 和256K 字节的SRAM; 具有100 个I/O 数字引脚。 工作时通过连接DP83848IVV PHY 与H5084 网络变压器, 与上位机进行网络通讯。

2.2 选择电路设计

32 路继电器电路经过VPX 连接器引至测试卡,每一路继电器的一端上拉至3.3V,另一端接入选择模拟开关,开关采用型号为ADG5206 的16 选1 芯片, 两块芯片相连等效实现32 选1,工作时由MCU 控制。 为测试电路负载性能——工作电流能否达到2A,在模拟开关输出端接4 个电阻控制电流, 由于此处电阻负载功率较大,4 个电阻采用并联,每个电阻阻值为6.8Ω。 当电路断路时,模拟开关输出端为低电平,电路通路时,输出端为高电平。 模拟开关原理图如图2 所示。

图2 模拟选择开关原理图Fig.2 Diagram of analog selector switch

为使电路通路时输出的高电平稳定, 其后接入跟随电路, 跟随电路采用AD8065_SOT23 运放, 工作电压为5V,防止输出电压因电路阻抗而下降;在电源与地之间加入0.1μF 和10μF 的电容用于滤波,可以消除总线上的高频干扰,也在一定程度上防止其余电路的电磁干扰[2]。

2.3 AD 采集电路设计

AD 芯片选用ADS8685IPW 型号, 采集来自模拟开关的模拟电压信号,转换为数字信号后传输至MCU。 在REFIO 引脚和REFCAP 引脚与地之间分别加入一10μF 电容, 在5V 电压与地之间接入一个0.1μF 和10μF 电容,用于滤波、防干扰。AD 芯片工作电压为5V,接入MCU 前先进行电平转换,芯片型号为iso7221,将5V 电压转换为3.3V,并在SDO、SCLK、CS、SDI、RST 引脚各自串联一个1K 电阻,用以限流保护电路。 AD 采集电路原理图如图3 所示。

图3 AD 电路原理图Fig.3 Diagram of AD circuit

3 电源电路设计

3.1 3.3V 电源电路设计

3.3V 电源为LT3972IMSE#PBF,为模拟选择开关、电平转换等功能模块提供3.3V 电压,电源原理图如图4所示。

图4 3.3V 电源原理图Fig.4 Diagram of 3.3V power

3.2 5V 电源电路设计

5V 电源为WRA0505S-3WR2,为电平转换、AD 采集等功能模块提供5V 电压,电源原理图如图5 所示。

图5 5V 电源原理图Fig.5 Diagram of 5V power

4 板卡软件设计

软件设计主要包括系统初始化、电路通断判断、电流测试等功能模块。 工作时, 系统上电, 初始化GD32F207VKT6 处理器各个寄存器,配置系统运行时钟频率、系统中断分组等模块。检测时由上位机控制MCU, 可选择32 路继电器电路自动测试,在软件程序控制下,MCU 搜集功能卡上继电器开关开闭状态与测试卡上AD 采集的高低电平,比较后判断电路处于正常通断、故障短路或故障断路状态,同时根据采集的电压计算出负载电流, 将结果信息传输至上位机显示,直至每一路电路均测试完毕。 也可手动选择测试一路电路,单独查看测试结果。 系统软件流程图如图6 所示。

5 结束语

图6 软件工作流程图Fig.6 Diagram of software workflow

使用Cortex M3 内核的GD32F207VKT6 处 理 器,体积小、负重轻、功耗低,模拟开关选择电路减少了电路数量,优化了器件布局。通过软件系统操作,实现了对继电器功能卡的自动化测试。该测试卡已应用于二代VPX 地测工装系统中。

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