T/r組件控制芯片及其在有源相控陣天線系統(tǒng)中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種芯片，尤其涉及到一種具有多種保護(hù)功能的T/R組件控制芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著應(yīng)用與需求的快速發(fā)展，有源相控陣天線系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，而T/R組件是其中的關(guān)鍵器件，在一部有源相控陣天線系統(tǒng)中T/R組件數(shù)量多、成本高，特別是二維有源相控陣天線系統(tǒng)，通常含有成千上萬只T/R組件，有的甚至多至10萬只，T/R組件的成本占整部雷達(dá)成本的大部分。因此T/R組件的安全性是有源天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需著重考慮的問題。
[0003]圖1為現(xiàn)有T/R組件典型的控制芯片內(nèi)部電路圖。SD為串行數(shù)據(jù)，SC為串行時鐘，END為一級鎖存信號，SYN為二級鎖存信號，接收同步信號TR_R作為選擇開關(guān)器的收/發(fā)轉(zhuǎn)換控制信號。T/R組件控制芯片主要功能就是將控制T/R組件的串行數(shù)據(jù)SD轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后，分別控制衰減器、移相器和工作狀態(tài)選擇等，以及在各種異常狀況下對T/R組件進(jìn)行保護(hù)。
[0004]圖2為T/R組件典型的工作時序圖，TR_T為發(fā)射同步信號，TR_R為接收同步信號，系統(tǒng)要求T/R組件不能同時工作，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中TR_R的前沿比TR_T提前Λ tl，TR_R的后沿比TR_T滯后Λ t2 ( Λ tl和Λ t2的具體時間由系統(tǒng)工作需要確定)，所以圖1中的收發(fā)轉(zhuǎn)換控制信號選擇了系統(tǒng)接收同步信號TR_R。
[0005]有源相控陣天線系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)主要有以下幾方面。
[0006]1.邏輯沖突保護(hù):T/R組件的收發(fā)開關(guān)以及收發(fā)電源都受系統(tǒng)邏輯時序控制，收發(fā)時序要在邏輯上保證分開工作，如果系統(tǒng)由于異常原因?qū)е聲r序信號的邏輯發(fā)生沖突，很有可能導(dǎo)致T/R組件燒毀?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)通常是在天線波束控制系統(tǒng)中增加邏輯保護(hù)的功能，但這都是建立在天線波束控制系統(tǒng)工作正常的基礎(chǔ)上，如果波束控制系統(tǒng)工作不正常，將失去邏輯沖突保護(hù)功能。
[0007]2.上電、斷電以及電壓異常保護(hù):由于T/R組件的功率放大芯片通常需要雙電源工作，要求上電時先加?xùn)艍?-5V供電)后加漏壓(+8V供電)，斷電時，先降漏壓再降柵壓，加電順序錯誤將導(dǎo)致功率放大芯片燒毀。通常設(shè)計(jì)中一種方法是系統(tǒng)供電將柵壓和漏壓分開供電，嚴(yán)格控制開關(guān)電順序，但這種方法不能排除人為操作失誤導(dǎo)致開關(guān)電順序錯誤；另一種做法是通過柵壓調(diào)制漏壓，保證先有柵壓后再加漏壓，但這種辦法不能保證系統(tǒng)斷電或者電壓異常時柵壓和漏壓的斷電順序，因?yàn)槁和ǔ＝佑休^大電容，放電時間一般比柵壓慢，控制電路在斷電時無法提供正常的控制時序，很有可能在柵壓缺失的情況下打開漏壓導(dǎo)致功率放大芯片燒毀。
[0008]目前相控陣天線系統(tǒng)在機(jī)載和星載平臺上的應(yīng)用越來越普遍，基于承載平臺的限制，對電子設(shè)備的重量、體積、功耗等都有特殊要求，因此對其進(jìn)行減重、壓縮、提高效率和集成化設(shè)計(jì)是非常必要的。目前T/R組件使用的控制芯片都只是將控制數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單串并轉(zhuǎn)換的芯片，而由這種簡單串并轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)的T/R組件構(gòu)成的有源相控陣天線系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)都需要在T/R組件內(nèi)部或者外部控制系統(tǒng)中增加很多附加電路或者設(shè)備，這不僅增加了系統(tǒng)成本，更重要的是導(dǎo)致T/R組件或者系統(tǒng)體積、重量、功耗的增加，無法滿足系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于基于現(xiàn)有只有簡單串并轉(zhuǎn)換功能的T/R組件控制芯片的基礎(chǔ)上增加多種保護(hù)功能，提供一種具有上電保護(hù)、系統(tǒng)復(fù)位、邏輯沖突保護(hù)、電壓異常保護(hù)以及系統(tǒng)掉電保護(hù)功能的T/R組件控制芯片，這不僅大幅提高有源天線系統(tǒng)的集成度，還大幅降低相控陣系統(tǒng)全壽命周期成本。
[0010]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種具有多種保護(hù)功能的T/R組件控制芯片，其包括:
[0011]移位寄存器，根據(jù)串行時鐘SC經(jīng)輸入端SD接收外部輸入的串行數(shù)據(jù)同時完成該串行數(shù)據(jù)的串-并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)共32位并分為三類:一、接收控制數(shù)據(jù)，接收移相D0_1?D7_l，接收衰減D8_l?D13_l ;二、發(fā)射控制數(shù)據(jù)，發(fā)射移相D0_2?D7_2，接收衰減D8_2?D13_2 ;三、狀態(tài)控制數(shù)據(jù)，接收/發(fā)射/負(fù)載使能:D14_2、D15_2，故障報(bào)告允許:D15_l ；
[0012]一級鎖存寄存器，其在該串行數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后接收一級鎖存信號END，將完成串-并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)D0_1?D15_l、D0_2?D15_2鎖存在該第一級鎖存器內(nèi)；
[0013]二級鎖存寄存器，其在收到二級鎖存信號SYN時，將該一級鎖存器內(nèi)的數(shù)據(jù)D0_1_E?D15_1_E、D0_2_E?D15_2_E鎖存在該二級鎖存器內(nèi)；
[0014]選擇開關(guān)器，其根據(jù)發(fā)射同步信號TR_T和接收同步信號TR_R選擇該二級鎖存器內(nèi)鎖存的接收控制數(shù)據(jù)D0_1_S?D13_1_S或發(fā)射狀態(tài)控制數(shù)據(jù)D0_2_S?D13_2_S ；
[0015]緩沖驅(qū)動器，其將該選擇開關(guān)器選擇的控制數(shù)據(jù)D0_1_S?D13_1_S或D0_2_S?D13_2_S經(jīng)緩沖驅(qū)動后發(fā)送至待控制器件；
[0016]上電保護(hù)與系統(tǒng)復(fù)位電路，其根據(jù)系統(tǒng)清零信號CLEAR控制該二級鎖存寄存器的清零端，在系統(tǒng)清零信號CLEAR有效時，將該二級鎖存寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)清零，該控制芯片處于負(fù)載態(tài)；
[0017]邏輯沖突保護(hù)電路，其在發(fā)射同步信號TR_T和接收同步信號TR_R同時為高電平時，控制該選擇開關(guān)器、該緩沖驅(qū)動器均關(guān)閉，該控制芯片處于負(fù)載態(tài)；
[0018]電壓異常與系統(tǒng)掉電保護(hù)電路，其在該控制芯片的電源電壓異常時，控制該緩沖驅(qū)動器關(guān)閉，該控制芯片處于負(fù)載態(tài)。
[0019]作為上述方案的進(jìn)一步，該上電保護(hù)與系統(tǒng)復(fù)位電路包括電容Cl、電阻R1、與門Al，電阻Rl的一端連接電源Vcc，電阻Rl的另一端經(jīng)由電容Cl接地且還作為與門Al的輸入端，與門Al還將系統(tǒng)清零信號CLEAR作為自身的另一輸入端，與門Al的輸出端連接至該二級鎖存寄存器的清零端。
[0020]優(yōu)選地，該邏輯沖突保護(hù)電路包括與非門A2、與門A3、與門A4、或非門A7、與門A8、與門A9 ;發(fā)射同步信號TR_T作為與非門A2、與門A3的輸入信號，接收同步信號TR_R作為與非門A2、與門A4的輸入信號；與非門A2的輸出信號作為與門A3、與門A4的輸入信號，與門A3的輸出信號作為與門A9的輸入信號，與門A4的輸出信號作為與門A8的輸入信號且還用于控制該選擇開關(guān)器的開啟；與門AS的輸出信號、與門A9的輸出信號均作為或非門A7的輸入信號，或非門A7的輸出信號用于控制該緩沖驅(qū)動器的開啟。
[0021]優(yōu)選地，該電壓異常與系統(tǒng)掉電保護(hù)電路包括與門A5、電源Vcc比較電路、電源Vee比較電路；該電源Vcc比較電路從電源Vcc取樣作為比較電壓V+in產(chǎn)生兩路互補(bǔ)輸出的TTL電平V+outl、V+out2，該電源Vee比較電路從電源Vee取樣作為比較電壓V_in產(chǎn)生兩路互補(bǔ)輸出的TTL電平V-outl、V-out2 ;V+outl、V-outl作為與門A5的輸入信號，與門A5的輸出信號作為與門A8、A9的輸入信號。
[0022]優(yōu)選地，該電壓異常與系統(tǒng)掉電保護(hù)電路還包括與非門A10、或門A6 ;V+out2、V-out2作為或門A6的輸入信號，或門A6的輸出信號作為與非門AlO的輸入信號，與非門AlO的輸入信號還包括該二級鎖存寄存器的故障報(bào)告允許控制位信號。
[0023]優(yōu)選地，該電壓異常與系統(tǒng)掉電保護(hù)電路還包括反相器All、反相器A12;與門AS的輸出TR_R_0+，經(jīng)反相器All輸出TR_R_0-，與門A9的輸出TR_T_0+，經(jīng)反相器A12輸出TR_T_0-，TR_R_0+與TR_R_0-、TR_T_0+與TR_T_0_作為互補(bǔ)輸出的兩組電源調(diào)制信號將收發(fā)外部電源的關(guān)斷。
[0024]優(yōu)選地，該電源Vcc比較電路包括電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、比較器U1、反相器A13、電壓源Dl ；電源Vcc經(jīng)由電阻R2、電阻R3、電阻R4接地，還經(jīng)由電阻R5、電阻R6接地，還連接至比較器Ul的電源端；電壓源Dl的正極連接在電阻R2、電阻R3之間，電壓源Dl的負(fù)極接地；比較器Ul的同相端連接在電阻R5、電阻R6之間，比較器Ul的反相端連接在電阻R3、電阻R4之間，