某型导弹综合检测设备信息交换与放大组件的国产化研究

曹佩武/军蓝科技集团总公司

0 引言

信息交换与放大组件作为某型引进导弹综合检测设备的重要组件，其性能的好坏直接影响作为修理和检验标准使用的检测设备的检测质量。设备引进后，由于技术资料的缺乏和备件短缺，检测设备的使用维护一直存在很多困难。近年来，随着检测设备使用年限的增加，故障率逐年增高，备件消耗量大，设备维护保障越来越困难。原信息交换与放大组件大量使用小规模集成电路，信号线路数量大，造成故障排查点多、排查困难。为了保证引进综合检测设备的正常使用要求，充分发挥其作用，开展组件的国产化研制势在必行。

1 原信息交换与放大组件的功能及组成

原信息交换与放大组件位于某型导弹综合检测设备的信号转接组合，主要完成检测设备到弹上信息的交换与放大，以及弹上信息反馈回检测设备的信息交换与放大。原组件主要由电源滤波电路、信息处理电路、输出放大电路、阻抗匹配电路、接插件等组成，其原理框图如图1 所示。

2 国产化信息交换与放大组件的设计

检测设备引进时，随机资料和人员培训主要集中在设备的操作使用方面，出于技术保密，外方没有提供任何设计方面的技术资料。如何通过逆向工程的方法获得原组件在不同工作状态下的激励响应信息，反推解算出组件的输入输出设计需求，是一项系统、复杂的工作。在剖析原组件工作原理、各组成部分功用以及互相之间联系的基础上，通过大量测试、分析和验证，获取了原组件的输入输出设计需求。

图1 原信息交换与放大组件原理框图

2.1 研制方案的确定

原组件的硬件设计采用了大量小规模集成电路和电阻电容等辅助器件，电路结构复杂，原理分析困难，器件数量大，造成故障排查点多、排查困难，同时降低了组件工作的可靠性。目前同类电子产品的标准化要求尽量压缩器件的种类和数量，且国产同类产品均已不再采用类似的技术方法，显然，采用“一一替换”的研仿模式已不再适用，必须对原信息交换与放大组件的功能、原理研究透彻，并对组件在不同工作状态下的输入、输出信息进行系统测试、分析和处理，尽可能得到完整、准确的设计输入输出需求，对其采用整体功能替代研制方案。

2.2 国产化组件的组成及原理

国产化组件的硬件主要由电源电路、JTAG 电路、信息处理电路（复杂可编程CPLD）、输出放大电路、阻抗匹配电路、接插件、胶木固定架等组成，其原理框图如图2 所示。

国产化组件采用直流+5V 单电源工作，通过LED 指示灯进行供电状态显示。核心电路硬件设计采用一片大规模CPLD，电路设计采用VHDL 语言进行编程，实现原组件复杂的逻辑功能和时序关系，并通过EDA 电路仿真软件对电路设计的正确性进行功能和时序仿真验证。输出驱动电路是将经CPLD 处理的36 路信息进行功率放大，硬件设计采用集成电路SN54LS245 总线驱动器实现。

2.3 设计中解决的主要问题

1）CPLD 选型与设计

CPLD 即复杂可编程逻辑器件，是从PAL 和GAL 器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。本设计中的CPLD 器件根据组件的输入输出需求和成本等因素综合考虑选择了Altera 公司MAХ7000S 系 列 的EPM7128STI100-10芯片作为设计核心电路，借助Quartus II软件开发平台，采用VHDL 硬件描述语言进行程序编写，部分程序代码如下：

2）去耦设计

数字电路中，当电路从一个状态转换为另一个状态时，会在电源线上产生很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是数字电路可靠性设计的一种常规做法。因此，本设计中在电路板的电源输入端放置一个10μF 的电解电容和一个0.1μF 的陶瓷电容，滤除低频噪声；在每个集成电路的电源和地线之间放置一个0.01μF 的电容，滤除高频噪声。去耦电容布线时尽量使用最短的路径，即在电路板上距供电电源输入管脚最近的位置放置去耦电容，在每个集成电路电源和接地管脚最近的位置放置去耦电容，合理选择和放置去耦电容是保证电路正常工作的重要环节。

图2 国产化信息交换与放大组件原理框图

3）时延问题处理

引进设备是上世纪80年代的产品，原组件主要采用分立器件和中小规模集成电路搭建，而国产化组件主要由超大规模集成电路实现，由于器件设计水平和生产工艺的不断进步，新型器件在功耗、运算速度等核心技术指标上有了很大提高，因此国产化组件与原装组件的输入、输出时延参数差异较大，特别是在时序电路中表现得尤为明显。图3 是国产化组件与原装组件部分测试结果的波形对比示意图，从图3 可以看出，国产化组件的信号传输比原装组件的信号传输前沿时间提前了，导致输出结果不同，与后级处理电路数据信息和时钟信号不能同步，造成时序混乱，最终导致设备在进行导弹功能性能检测时出现系统工作不稳定或设备无法正常工作的故障现象。

国产化研制中，首先通过分析原装组件的工作原理，在专用数字组件测试平台上编辑测试向量，对原装标准组件进行输入输出信号的逻辑与时序关系测试，将国产化组件与原装标准组件测试结果逐一比对通道的逻辑和时序关系，在逻辑关系正确的情况下找出存在时延问题的通道，利用Quartus II 软件开发平台，采用增加延迟电路的方法对存在时延问题的通道进行反复调节测试，直至国产化组件与原装组件的时延指标基本一致。调试中使用的调节时延语句如：

b28 ＜= TRANSPORT a28 AFTER 15ns。

3 测试结果

利用专用数字组件测试平台对国产化组件进行了性能测试，测试情况如图4 所示。

国产化组件在专用数字组件测试平台测试通过后，再次与某型导弹综合检测设备进行对接测试验证，测试结果表明，各项参数均满足该型导弹综合检测设备的使用要求。主要性能指标对比如表1 所示。

图3 国产化组件与原装组件部分测试结果波形对比示意图

图4 国产化信息交换与放大组件性能测试情况示意图

表1 国产化组件和原装组件主要性能指标对比测试情况表

4 结束语

目前，国产化组件已在工厂装备修理中得到推广应用，该产品能够满足某型引进导弹综合检测设备的正常使用要求，使用维护简单、方便。信息交换与放大组件的成功国产化，解决了国外技术封锁和对国外备件保障的依赖，提高了国内自主可控能力，保障了设备的完好率，经济和军事效益明显。