對A D轉(zhuǎn)換器在150kW短波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用探討

饒瞬

【摘要】在150kW短波發(fā)射機(jī)中，A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用極為廣泛，其中最為常見的兩種A/D轉(zhuǎn)換器型號當(dāng)屬M(fèi)C14433與AD574。基于此，本文將圍繞兩種常見的A/D轉(zhuǎn)換器原理進(jìn)行對比，并深入對比150kW短波發(fā)射機(jī)中兩種A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用效果，最終可確定AD574型號的A/D轉(zhuǎn)換器能夠更好服務(wù)于150kW短波發(fā)射機(jī)。

【關(guān)鍵詞】A/D轉(zhuǎn)換器;150kW短波發(fā)射機(jī);應(yīng)用效果

150kW短波發(fā)射機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換器主要負(fù)責(zé)模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，作為重要的電子構(gòu)件，系統(tǒng)中的模擬電壓信息可基于A/D轉(zhuǎn)換器生成數(shù)字通訊信號，這一過程涉及四個程序，即采集、保持、量化、編碼。為保證A/D轉(zhuǎn)換器更好服務(wù)于150kW短波發(fā)射機(jī)，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1. A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理對比

為深入了解A/D轉(zhuǎn)換器及其在150kW短波發(fā)射機(jī)中的工作原理，本節(jié)將圍繞兩種常見型號的A/D轉(zhuǎn)換器工作原理進(jìn)行深入探討，具體內(nèi)容如下。

1.1 MC14433型號A/D轉(zhuǎn)換器原理

作為132位的A/D轉(zhuǎn)換器，MC14433型號的A/D轉(zhuǎn)換器具備功耗低、輸入阻抗高、外接元件少、精度高、電源電壓范圍寬等特點(diǎn)，同時具備自動極性轉(zhuǎn)換和自動校零功能，對外界阻容器件數(shù)量的需求較少?；贐CD碼字位動態(tài)掃描輸出方式，可實(shí)現(xiàn)在A/D轉(zhuǎn)換器Q0～Q3輸出端的分時、輪流輸出，同步字位選通脈沖可在端DS1～DS4同步輸出，LED的動態(tài)顯示可由此順利實(shí)現(xiàn)。發(fā)射機(jī)中的動電位器控制伺放位置，隨動電位器的輸出電壓、最高輸出電壓分別為0～8.566V、8.566V，采用1.862：1的標(biāo)度，顯示效果優(yōu)秀，擁有1594的最高位顯示。深入分析該型號A/D轉(zhuǎn)換器可發(fā)現(xiàn)，該CMOS器件為雙積分A/D轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)四位數(shù)據(jù)輸出，擁有十進(jìn)制數(shù)0000-1999的可計數(shù)范圍。在150kW短波發(fā)射機(jī)中，MC14433型號的A/D轉(zhuǎn)換器用作數(shù)字電壓表，位置電壓的實(shí)際大小可隨之顯示，8路各伺服馬達(dá)位置可基于A/D轉(zhuǎn)換器表示。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，該型號A/D轉(zhuǎn)換器的具體應(yīng)用一般采用DIP封裝，具體安裝位置為伺放檢測單元（伺服放大器套箱右側(cè)）中，而對于其在位置電壓顯示中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，該型號的A/D轉(zhuǎn)換器需配合四選一電路（4052型號的雙四通路模擬多路調(diào)制解調(diào)器）共同應(yīng)用，該調(diào)制解調(diào)器通過一個四選一電路輸入端連接4個位置電壓信號，另一個則用于連接4個誤差電壓信號，同時存在兩個輸出端，伺服放大器小盒（各路對應(yīng)）屬于信號來源。調(diào)制解調(diào)器的輸出端會向A/D轉(zhuǎn)換器VX端（N1的3腳）輸出信號，位置電壓的數(shù)碼顯示可由此實(shí)現(xiàn)，這里的VX端屬于取樣電壓的輸入端，參考電壓輸入端為VR端（N1的2腳）。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，該型號A/D轉(zhuǎn)換器輸出的選通脈沖（16腳、17腳、18腳、19腳）可實(shí)現(xiàn)BCD碼輸出（20腳、21腳、22腳、23腳）實(shí)現(xiàn)動態(tài)掃描輸出，二者分屬多路選通脈沖輸出端、BCD碼數(shù)據(jù)輸出端，因此僅需要配備譯碼器，即可以數(shù)字的方式實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)顯示，LED發(fā)光數(shù)碼管可由此實(shí)現(xiàn)四位數(shù)字的動態(tài)掃描顯示。高電平時的多路選通脈沖輸出端存在被選通的對應(yīng)數(shù)位，該位數(shù)據(jù)會輸出于對應(yīng)BCD碼數(shù)據(jù)輸出端，由此即可更深入了解MC14433型號的A/D轉(zhuǎn)換器。

1.2 AD574型號的A/D轉(zhuǎn)換器原理

作為12位逐次逼近型（單片高速）的A/D轉(zhuǎn)換器，AD574型號的A/D轉(zhuǎn)換器具備精度高、功耗低、外接元件少等特點(diǎn)，誤差在0.05%以下，功耗典型值為390MW，內(nèi)置混合集成轉(zhuǎn)換芯片（由雙極性電路構(gòu)成），同時具備自動極性轉(zhuǎn)換和自動校零功能，具體應(yīng)用中對外接阻容件的數(shù)量要求較低。由于擁有三態(tài)輸出緩沖電路，該A/D轉(zhuǎn)換器可兼容TTL和CMOS，因此可用于最小數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡單構(gòu)成，而對于150kW短波發(fā)射機(jī)來說，應(yīng)用該發(fā)射機(jī)的自動化控制系統(tǒng)可選用AD574型號的A/D轉(zhuǎn)換器，由于該A/D轉(zhuǎn)換器采用DIP封裝，因此可為在自動調(diào)諧套箱中安裝A/D轉(zhuǎn)換器，以此用于顯示位置電壓數(shù)據(jù)，服務(wù)于相關(guān)電路。在A/D轉(zhuǎn)換器的具體應(yīng)用中，其1腳、3腳、5腳分別為VLOGIC端、CS端、CE端，即+5V直流電源輸入端、片選端、讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端，2腳、4腳、5腳則分別為12/8端、A0端、CE端，即數(shù)據(jù)模式選擇端、字節(jié)地址短周期控制端、使能端。28腳、15腳、13腳分別為STS端、DGND端、10VIN端，分別為工作狀態(tài)指示信號端、數(shù)字接地端、10V量程模擬電壓輸入端，該型號A/D轉(zhuǎn)換器的12條數(shù)據(jù)總線為16腳～27腳，12位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可由此向外輸出，最低有效位、最高有效位分別為16腳、27腳，即DB0端、DB11端。A/D轉(zhuǎn)換器可輸出狀態(tài)4096個。

由于采用兩片三線至八線譯碼器集成塊（74HC237），二者可分別接AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器的4腳、5腳，其數(shù)據(jù)輸出有效功能可由此控制，其中集成塊不具備A/D轉(zhuǎn)換功能僅擁有鎖存記憶功能。A/D轉(zhuǎn)換器的3、4、5腳負(fù)責(zé)邏輯控制信號發(fā)出，集成塊的控制采用FPGA（自動調(diào)諧）實(shí)現(xiàn)，由此可在集成塊輸出端鎖存數(shù)據(jù)。在實(shí)際電路中，A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)由五個控制信號決定，包括12/8端、CS端、R/C端、A0端、CE端，其工作過程可細(xì)分為兩個過程，包括啟動轉(zhuǎn)換、讀出數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)換結(jié)束后）。在啟動轉(zhuǎn)換時，A/D轉(zhuǎn)換器需同時滿足3腳為0、6腳為1，轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的A/D轉(zhuǎn)換器4腳需基于轉(zhuǎn)換的位數(shù)確定，模數(shù)轉(zhuǎn)換需在5腳為0時進(jìn)行。啟動轉(zhuǎn)換的控制信號為選中A/D轉(zhuǎn)換器的片選信號，在完成轉(zhuǎn)換后，高電平的28腳轉(zhuǎn)為低電平，28腳的狀態(tài)可基于查詢法讀出，以此判斷是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。

在A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，需觀察其分兩次輸出，還是12位并行輸出，以此根據(jù)數(shù)據(jù)輸出方式實(shí)現(xiàn)4腳電平確定，這一確定需在5腳為1、3腳為0、6腳為1條件下開展。如分兩次輸出，4腳為0、4腳為1時分別輸出12位數(shù)據(jù)的高8位、低4位。如12位并行輸出，4腳端則存在可高也可低的輸出電平信號。由于三態(tài)緩沖器存在于A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端，因此可在CPU數(shù)據(jù)總線直接接數(shù)據(jù)輸出線。在實(shí)際電路中，如A/D轉(zhuǎn)換器選用分兩次讀進(jìn)12位數(shù)據(jù)且僅使用8位數(shù)據(jù)口，需保證5腳接地，轉(zhuǎn)換結(jié)束后（28腳）需在PFGA（自動調(diào)諧套箱）中先讀入轉(zhuǎn)換的高8位A/D數(shù)據(jù)，隨后讀進(jìn)低4位A/D數(shù)據(jù)，此時6腳必須為1，無論A/D轉(zhuǎn)換器處于輸出、轉(zhuǎn)換、啟動狀態(tài)。在具體應(yīng)用中，需保證該型號A/D轉(zhuǎn)換器工作狀態(tài)始終為加電，采用12位并行輸出，此時6腳、3腳、2腳、5腳分別為高電平、低電平、高電平、高電平。

2. 150kW短波發(fā)射機(jī)中A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用效果對比

基于上文開展的常見A/D轉(zhuǎn)換器工作原理對比，本節(jié)將圍繞兩種A/D轉(zhuǎn)換器在150kW短波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用效果開展針對性對比，基于對比可直觀了解AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器具備的性能優(yōu)勢。

2.1 性能對比

圍繞兩種A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用效果進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，雙積分式的MC14433型號A/D轉(zhuǎn)換器存在轉(zhuǎn)換速度較慢的不足，而12位逐次逼近型的AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器則存在較快的轉(zhuǎn)換速率，分別為1～10S、25μS;進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)含時鐘振蕩器、屬于大規(guī)模集成電路（CMOS）的MC14433型號A/D轉(zhuǎn)換器存在±0.05%的較高轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度，且內(nèi)含時鐘振蕩器，但無法實(shí)現(xiàn)完整的A/D轉(zhuǎn)換。另一種A/D轉(zhuǎn)換器的混合集成轉(zhuǎn)換顯片由雙極性電路構(gòu)成，擁有±1LBS或±1/2LBS的分辨率，可實(shí)現(xiàn)完整的A/D轉(zhuǎn)換，并具備精度高、功耗低、外接元件少等優(yōu)勢;圍繞數(shù)據(jù)安全進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，MC14433型號A/D轉(zhuǎn)換器很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，這與其輸出過程涉及的七段數(shù)碼管驅(qū)動集成電路存在直接關(guān)聯(lián)。另一種A/D轉(zhuǎn)換器可鎖定輸出信號，在三線至八線譯碼器集成塊支持下，數(shù)據(jù)不會在失電等情況下丟失;AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器在自動化遠(yuǎn)程控制方面表現(xiàn)優(yōu)秀，且能夠較好顯示數(shù)字，具體應(yīng)用中無須附加邏輯接口電路，可直接連接微處理器與數(shù)據(jù)輸出，且能夠與TTL及CMOS電平兼容。另一種A/D轉(zhuǎn)換器則無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，僅能夠顯示數(shù)字;基于兩種A/D轉(zhuǎn)換器在150kW短波發(fā)射機(jī)中的具體應(yīng)用進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，MC14433型號A/D轉(zhuǎn)換器僅能服務(wù)于檢測單元的數(shù)字顯示，但在AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器支持下，在顯示數(shù)據(jù)的同時，該A/D轉(zhuǎn)換器還能夠?qū)崿F(xiàn)采集反射功率、輸出功率、高前板流、高末板流、高末板壓、高末簾柵流、高末簾柵壓等信號，150kW短波發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)集成化水平可由此大幅提升，AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器所具備的性能優(yōu)勢可見一斑。

2.2 實(shí)際維護(hù)使用對比

從實(shí)際維護(hù)使用角度進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，采用MC14433型號A/D轉(zhuǎn)換器的150kW短波發(fā)射機(jī)可實(shí)現(xiàn)八路調(diào)諧機(jī)構(gòu)的初始定位，這一情況下發(fā)射機(jī)主要依照的顯示數(shù)據(jù)源于伺放檢測單元。而在采用AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器后，八路調(diào)諧機(jī)構(gòu)的初始定位依據(jù)的各路伺服位置顯示源于1A9自動調(diào)諧套箱。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，基于自動調(diào)諧套箱的改造主要圍繞各路伺服信道號和路數(shù)顯示展開，改造后的性能和功能更為直觀、優(yōu)越，AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器屬于自動調(diào)諧控制套箱面板核心處理器件，主要負(fù)責(zé)處理伺服位置數(shù)據(jù)，因此該A/D轉(zhuǎn)換器相較于MC14433型號A/D轉(zhuǎn)換器存在不同的伺服位置數(shù)據(jù)顯示，二者分別擁有3508、1594的最大數(shù)據(jù)顯示。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器還能夠基于預(yù)置的粗調(diào)位置實(shí)現(xiàn)150kW短波發(fā)射機(jī)1～8路的自動調(diào)諧，這一過程僅需輸入對應(yīng)的信道號，AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器在實(shí)際維護(hù)使用中具備的優(yōu)勢可見一斑。

3. 結(jié)論

綜上所述，A/D轉(zhuǎn)換器在150kW短波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的MC14433型號A/D轉(zhuǎn)換器原理、AD574型號的A/D轉(zhuǎn)換器原理、性能對比、實(shí)際維護(hù)使用等內(nèi)容，這直觀展示了AD574型號A/D轉(zhuǎn)換器在150kW短波發(fā)射機(jī)中所擁有的較高應(yīng)用價值。為更好服務(wù)于150kW短波發(fā)射機(jī)，數(shù)據(jù)采集和反饋性能的進(jìn)一步提升、大規(guī)模的數(shù)據(jù)自動化集成實(shí)現(xiàn)同樣需要得到重視。

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