基于VPX 架构的地测工装继电器卡测试卡设计

2020-12-22范承宇罗岚芮孙广明

机电产品开发与创新 2020年6期

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。