混合集成特定頻率信號發生器主要應用于某軍用引信安全控制系統。它在該引信設計中起著中樞神經的作用,主要用于實現全電子安全系統狀態的控制,即按預定條件(如時間、氣壓、指令等)控制引信在一定邏輯程序作用下,正確實現保險設置、保險解除、環境信息綜合判斷、特定頻率信號產生等控制功能。該系統可根據魚雷的特點和使用要求來控制三級保險的設置。依靠敏感的系統發射或運動過程中不同的獨立航道環境或指令來解除保險,以確保系統使用過程中的安全,同時選用簡單、成熟的保險機構來提高可靠性。

混合集成特定頻率信號發生器的設計主要是采用可編程邏輯器件進行邏輯編程,以實現高性能系統所需求的復雜邏輯功能。該方法可大大減小元器件數量,增加系統可靠性,而且工作狀態穩定,反應速度快,設計周期短,系統成本低。其工藝采用先進的厚膜混合集成技術,產品重量輕,體積小,可靠性高,一致性好。

1 電路設計原理框圖

該電路的基本原理框圖如圖1所示。它主要由晶體振蕩器為兩個可編程邏輯器件(isp1016E)提供4.096MHz的頻率信號,并經分頻產生1 kHz信號,然后將其作為計數器的時鐘觸發。三級開關信號(即系統中的解保信號)依次加到四光電耦合器上,其中第一級開關信號用于驅動可編程邏輯器件isp1016E-1,其輸出信號經過驅動器轉換后,可將原來輸出端的高電平信號轉換為低電平信號,以解除系統第一級保險。

第二級開關信號經光耦隔離后用于驅動另一個可編程邏輯器件isp1016E-2,該信號經判斷確認時序正確時,isp1016E-2的輸出信號經驅動器可產生低電平信號,以解除系統第二級保險。

當第三級開關信號到來并確認當前的三級開關信號時序關系正常后,系統便通過isp1016E-2產生特定頻率和占空比的5 V TTL信號,以解除第三級保險,從而使系統進行高壓充電,此時引信處于待爆狀態。

當三級開關信號時序不正常時。第四路開關信號經過光耦隔離可為兩只isp1016E提供復位信號,以使特定頻率信號輸出端無輸出,從而使引信絕火。

2 方案設計

傳統數字電路中多由TTL和CMOS器件構成邏輯電路,這樣的系統大多存在邏輯器件數目多,電路復雜,板塊龐大等缺點。而可編程邏輯器件內部有大量的門電路(2000門)和觸發器,通過編程可以連接成各種中小規模的數字電路。這樣。寄存器、計數器、多路選擇、譯碼器等電路都很容易通過編程實現。另外,也可以利用可編程邏輯器件配套軟件中具備的宏單元庫,來編程完成高性能系統所要求的復雜邏輯功能。

由于混合集成特定頻率信號發生器的邏輯關系比較復雜,為此,本設計選用可編程邏輯器件isp1016E來實現邏輯功能。以簡化設計難度。這樣,只要在計算機上輸入數字電路原理圖或用硬件描述語言描述數字電路,然后經過編譯,并將編譯后的數據文件下載到可編程邏輯器件上即可完成數字電路的設計,而且電路結構簡單,器件少,成本低,設計方便,不容易損壞,同時可大大增加系統的可靠性、減少系統體積。

3 軟件設計

混合集成特定頻率信號發生器軟件由isp1016E-1芯片軟件和isp1016E-2芯片軟件組成。用于實現有效環境信號的識別、時序判斷、兩級保險的解除、特定頻率信號的產生等功能。設計時應首先定義可編程邏輯器件isp1016E的I／O端口,然后采用Viewlogic軟件對系統可編程邏輯器件進行仿真設計。設計編譯完成后,便可將數據文件下載到可編程器件中。IspLSI器件可在線路板上編程;也可在專用編程器上編程。

3.1 isp1016E-1芯片設計

isp 1016E-1芯片主要用來實現有效環境信號識別、第一級保險的解除等功能。其設計思想首先是將外接晶振頻率分頻至1 kHz,以將其作為計數器的時鐘觸發,每毫秒采樣一次第一級開關信號(即解保信號)來對有效信號進行計數,當計數至第N次時,截止計數過程并發驅動信號,接著輸出低電平以驅動后序第一級保險動作,同時將信號傳至isp 1016E-2。