专利名称：一种高轨卫星集成测控专用电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高轨卫星集成测控专用电路，属于航天电子技术领域。
背景技术：
随着我国航天事业的不断壮大，新一代的星载电子产品对小型化、轻型化、通用化 的要求越来越高，而目前星上电子产品也已逐渐由传统的分立元器件搭建，改变为大量采 用集成电路，某些元器件采用先进的厚膜工艺加工等方法。但是特别是在星上综合电子系 统中各板卡上仍存在大量功能相同的电路，传统的用集成电路或分立器件分别搭建实现的 方法存在功耗较大、可靠性不够，且造成体积重量的增多等缺点。
实用新型内容本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种可在高轨卫星中 通用的集成测控专用电路，实现星上综合电子系统中总线的接口及协议的转换解析，多路 模拟量快速巡采、多路数字量采集、数字脉冲指令输出、直接遥测与遥控等功能。本实用新型的技术解决方案是一种高轨卫星集成测控专用电路，包括电源模块、时钟模块、FPGA芯片、滤波器芯 片、放大器芯片、第一模数转换芯片、第二模数转换芯片、第三模数转换芯片和电压基准源 芯片，电源模块为FPGA芯片供电以及通过电压基准源芯片为第一模数转换芯片和第二模 数转换芯片供电；单端信号先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之后，送入第一模 数转换芯片，第一模数转换芯片输出数字量信号给FPGA芯片；差分信号先后经过滤波器芯 片滤波和放大器芯片放大之后，送入第二模数转换芯片，第二模数转换芯片输出数字量信 号给FPGA芯片；差分微弱信号先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之后，送入第三 模数转换芯片，第三模数转换芯片输出数字量信号给FPGA芯片，外部数字量信号直接输入 给FPGA芯片，FPGA芯片与LSSB总线相连。所述时钟模块包括有源晶振和锁相环，有源晶振输入到锁相环中，再发送到FPGA
-H-· I I心片。所述有源晶振频率为20MHz。所述锁相环采用型号为⑶EC421的锁相环芯片。所述第一模数转换芯片型号为AD7拟9。所述第二模数转换芯片型号为AD670。所述第三模数转换芯片型号为AD670。所述滤波器芯片型号为LT1560。所述放大器芯片型号为AD8221本实用新型与现有技术相比的优点在于(1)本实用新型由于采用了超大规模的可编程门阵列(FPGA)为核心单元，将硬件 实现最大程度的软件化，接口丰富，将数据采集、指令输出、总线接口等在星载电子设备中常用的测控电路功能集成起来形成一个专用电路，在增强系统稳定性和可靠性的同时，降 低了系统功耗，还最大程度的减少了外围设备，使本发明具有良好的实用性，同时避免了在 电子设备中经常需由分立元器件、集成电路分别搭建众多功能相同的电路，造成设备体积 大、功耗高，可靠性低、通用性差等缺陷。(2)本实用新型对外部输入的模拟信号首先通过抗混叠滤波器和增益补偿放大 器，再进行模数转换，使滤波器和放大器依靠其高带宽、高共模抑制特性为输入信号提供增 益、偏置和缓冲，这种方式有效地降低了输入信号的噪声，提高了信号采集的精度。
图1是本实用新型集成测控专用电路的原理框图。
具体实施方式
本实用新型采用了 FPGA芯片为核心单元，将硬件实现最大程度的软件化，实现 LSSB总线通信，32路数字量采集、9路模拟量采集、16路脉冲指令输出、直接遥测与遥控等 功能的集成，满足星上电子设备对电路体积小、重量轻、功耗低、通用性好的需求，可替代由 分立器件搭建的众多功能相同的电路。如图1所示，一种高轨卫星集成测控专用电路包括电源模块、时钟模块、FPGA芯 片、滤波器芯片、放大器芯片、第一模数转换芯片、第二模数转换芯片、第三模数转换芯片和 电压基准源芯片。电源模块的输入电压为+5V，输出电压为+5V、+3. 3V、+1. 8V，采用LT1085 将+5V转成3. 3V，再用LT1963将3. 3V转成1. 8V, +3. 3V和+1. 8V为FPGA芯片供电，通过 电压基准源芯片AD584为第一模数转换芯片和第二模数转换芯片提供+5V供电；单端信号 先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之后，送入第一模数转换芯片，第一模数转换 芯片输出数字量信号给FPGA芯片；差分信号先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大 之后，送入第二模数转换芯片，第二模数转换芯片输出数字量信号给FPGA芯片；差分微弱 信号先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之后，送入第三模数转换芯片，第三模数 转换芯片输出数字量信号给FPGA芯片，外部数字量信号直接输入给FPGA芯片，FPGA芯片 与LSSB总线相连，FPGA芯片接收LSSB总线传输的指令，根据该指令，建立相应通道，选通相 应的输入信号，包括外部直接输入的数字量信号，包括经过AD转换来的数字量信号，将选 通的信号发送到LSSB总线。FPGA芯片上还有指令输出接口，该接口用于FPGA芯片将LSSB 总线下发的指令转发到该指令的目的地，这时候FPGA芯片起一个摆渡的作用。另外，FPGA 芯片上的TM/TL端为遥测/遥控端，是作为备用接口，仅当与LSSB总线通信出现故障的时 候，临时启用TM/TL端，能够实现一部分与LSSB总线相交互的功能。时钟模块采用20MHz的有源晶振作为时钟输入。由于一般晶振不能用于ADC的时 钟，所以本实用新型采用高稳定度时钟加锁相环的方式实现低相位噪声的时钟，锁相环采 用TI的⑶EC421芯片。FPGA芯片编程语言采用VHDL语言，实现LSSB总线通信，数字量采 集、模拟量采集、脉冲指令输出、直接遥测与遥控(TM/TL)等功能，对外接口包括两路LSSB 总线接口、32路数字量输入接口、9路模拟量输入接口、16路脉冲指令输出接口(并行I/O 接口)、1个直接遥测与直接遥控接口和同步脉冲输出接口。LSSB总线为五信号十线制同步 串行总线，在本电路中的工作方式是RT端(从端)，采用差分隔离的传输方式，通信速率为500Kbps，相关协议见技术手册。FPGA 芯片为 ALTERA 公司的 Cycone II 系列的 EP2C70。第一模数转换芯片采用AD7^9，为8路8位的ADC芯片，本实用新型中用一个芯片 实现6路单端模拟信号的模数转换。单端信号由单路模拟信号组成，范围为0 5V，采集输 入阻抗不小于IM Ω。第二模数转换芯片和第三模数转换芯片采用AD670，为一个单路内部带仪用放大 器的ADC芯片，本实用新型中用2片AD670实现2路差分信号的模数转换，用1片AD670实 现1路差分小信号的模数转换。差分信号由正负两路信号组成，其中差分模拟信号范围为 0-5V，采集输入阻抗不小于IOM Ω，小信号的范围为0 ΙΟΟΜν，采集输入阻抗不小于IOM Ω。滤波器芯片采用Linear公司的LT1560-1，为一款抗混叠滤波器，用来降低输入信 号的噪声。放大器芯片采用ADI公司的AD8221。该增益补偿放大器不仅仅完成增益补偿，还 用来完成地噪声抑制。电路工作时，FPGA芯片作为LSSB总线的RT端，接收并响应外部控制单元(BC端) 的控制信息，将接收到的内容进行协议转换及解析，接着按外部控制单元的指令内容选通 并使能相应的数字输入通道、模拟输入通道，分别进行数字量采集和模拟量采集，同时按指 令内容使能相应的I/O 口，将0N/0FF指令发送出去。然后将采集到的模拟量和数字量按照 通信协议进行组包，通过LSSB总线接口上传给外部控制单元。另外，在发生通信故障或应 急工作时，FPGA芯片还可以通过TM/TL接口响应上级设备的直接指令，将遥测量直接通过 遥测接口传输出去。目前该专用电路已成功应用在XXX卫星平台的综合电子系统中，用于完成单机内 4类不同功能的板卡与中央处理单元之间的通信、数据采集和指令控制的功能，其体积小重 量轻的特性，使得综合电子单机的体积和重量已满足和国外同类型单机对标的条件。该专 用电路在实际应用时可有三种使用方式，一是在设计PCB时直接嵌入在板卡内部使用，二 是以核心板的形式使用，三是为了弥补了 FPGA在抗辐照性能上的不足，避免在太空环境下 发生单粒子翻转可采用ASIC独有的抗辐照设计加固流片技术将验证后的FPGA及其外围电 路加工成专用集成芯片，在保证原系统强大的功能的前提下，还可将体积和重量进一步减 本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
权利要求1.一种高轨卫星集成测控专用电路，其特征在于包括电源模块、时钟模块、FPGA芯 片、滤波器芯片、放大器芯片、第一模数转换芯片、第二模数转换芯片、第三模数转换芯片和 电压基准源芯片，电源模块为FPGA芯片供电以及通过电压基准源芯片为第一模数转换芯 片和第二模数转换芯片供电；单端信号先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之后， 送入第一模数转换芯片，第一模数转换芯片输出数字量信号给FPGA芯片；差分信号先后经 过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之后，送入第二模数转换芯片，第二模数转换芯片输 出数字量信号给FPGA芯片；差分微弱信号先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之 后，送入第三模数转换芯片，第三模数转换芯片输出数字量信号给FPGA芯片，外部数字量 信号直接输入给FPGA芯片，FPGA芯片与LSSB总线相连。
2.根据权利要求1所述的一种高轨卫星集成测控专用电路，其特征在于所述时钟模 块包括有源晶振和锁相环，有源晶振输入到锁相环中，再发送到FPGA芯片。
3.根据权利要求2所述的一种高轨卫星集成测控专用电路，其特征在于所述有源晶 振频率为20MHz。
4.根据权利要求2所述的一种高轨卫星集成测控专用电路，其特征在于所述锁相环 采用型号为⑶EC421的锁相环芯片。
5.根据权利要求1所述的一种高轨卫星集成测控专用电路，其特征在于所述第一模 数转换芯片型号为AD7^9。
6.根据权利要求1所述的一种高轨卫星集成测控专用电路，其特征在于所述第二模 数转换芯片型号为AD670。
7.根据权利要求1所述的一种高轨卫星集成测控专用电路，其特征在于所述第三模 数转换芯片型号为AD670。
8.根据权利要求1所述的一种高轨卫星集成测控专用电路，其特征在于所述滤波器 芯片型号为LT1560。
9.根据权利要求1所述的一种高轨卫星集成测控专用电路，其特征在于所述放大器 芯片型号为AD8221。
专利摘要一种高轨卫星集成测控专用电路，其中，电源模块为FPGA芯片供电以及通过电压基准源芯片为第一模数转换芯片和第二模数转换芯片供电；单端信号先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之后，送入第一模数转换芯片，第一模数转换芯片输出数字量信号给FPGA芯片；差分信号先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之后，送入第二模数转换芯片，第二模数转换芯片输出数字量信号给FPGA芯片；差分微弱信号先后经过滤波器芯片滤波和放大器芯片放大之后，送入第三模数转换芯片，第三模数转换芯片输出数字量信号给FPGA芯片，外部数字量信号直接输入给FPGA芯片，FPGA芯片与LSSB总线相连。本实用新型可广泛应用于各类通信卫星的综合电子系统中，可替代众多具有相同功能或部分功能的集成器件和分立器件。
文档编号H03K19/177GK201860314SQ201020607959
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者万成安, 刘斌, 李廷中, 谭小野, 邓晓彬, 郑莎 申请人:北京卫星制造厂