基于CPLD的發射機控制保護系統介紹

4 實現控制保護系統功能時出現問題的分析和解決辦法

4.1 電平反串

由于發射機在起始通電狀態下只有熱電源在工作，其余部分都不上電，當按下“低壓通”鍵時，發射機其余部分才上電。所以，發射機的控制保護電路必須要把“低壓通”鍵和其余鍵的邏輯分開，即“低壓通”鍵的邏輯不能與其余鍵的邏輯一起置于CPLD中，而必須拿出來單獨處理。它的作用就是只對控制“低壓通”鍵的芯片上電。這就產生了由于上電分先后而帶來的電平反串問題，即在只有加熱電源時，就有1.8V左右的電平串入單獨給CPLD供電的＋5V電源中，而這時給CPLD供電的＋5V電源并未加，由于CPLD是3.3V/5V都可工作的，所以CPLD這時已經開始工作，產生許多錯誤邏輯，使許多故障燈都亮了，這是不允許的。測試發現這個反串電平是由于54HC245這個芯片帶來的，而且后來發現，驅動能力越強的芯片，反串電平就越嚴重。

解決的辦法是將送顯示的驅動芯片換掉，都改成光電耦合器，這樣就解決了反串電平的問題，而且有利于將控制保護電路板子上的地和外界隔開，對A/D變換也有好處。

4.2 按鍵抖動

雖然加了一些消除按鍵抖動電路，但是效果都不太理想，尤其是“高壓通”和“高壓斷”兩個按鍵，由于是上升沿觸發，而且狀態互鎖，致使有時按下“高壓通”鍵，一松手狀態就保持不住，又回到“高壓斷”狀態；有時按下“高壓斷”鍵又回不到“高壓斷”狀態。用示波器觀察波形，發現在按鍵按下和松開時有抖動。為此對“高壓通”和“高壓斷”鍵入的信號，利用時鐘信號觸發D觸發器，再通過D觸發器送入CPLD，效果非常明顯，消除了按鍵抖動。

4.3 A/D變換的精度

這個問題是整個電路中最關鍵的問題。500mV的紋波，對邏輯電平不會產生太大的影響，既不會造成錯誤電平，也不會誤報故障，但是對A/D來說，卻太大了。

以最大電壓5V，8位的A/D來說，最小量化單位δ=×5≈20mV，500mV的紋波，對于十進制=25，對于十六進制是19H，對于二進制是11001B，相當于5位都在跳。對于12位的A/D說，最小量化單位δ=×5==1.2mV，500mV的紋波，對于十進制≈417，對于十六進制是1A1H，對于二進制是110100001B，相當于9位在跳，這樣大的紋波，大大影響了A/D的精度。就拿陰極電壓來說，12kV的陰極電壓，過壓門限按5％計算，是12.6kV，那么這600V電壓轉換成5V電平相當于600/12000×5=250mV，電平的變化淹沒在噪聲中，根本就體現不出來。不能完成過欠壓的精細比較。要想完成精細比較，紋波就得降下來。當紋波小于100mV時，對于8位A/D變化只有3位在變，電平的變化沒有淹沒在噪聲中，是可以使用的，當然紋波處理得越小越好。即使實在降不到太小，還可以通過數字信號處理的方法，用各種數字濾波器，對變換出來的數字信號濾掉干擾。

具體解決的辦法如下：

——將采樣各路信號的模擬電壓通過線性光耦與發射機的地隔離，使發射機的地線噪聲不會進控制保護板；

——所有輸入的信號都加光耦，使發射機的地與整個控制保護電路的模擬地、數字地隔開；

——整個控保電路的模擬地、數字地懸浮起來，外加屏蔽罩。

采用以上方法后，A/D精度有了明顯的改善，能使紋波達到100mV。

5 結語

該控制保護電路板已經在發射機上完成聯調，其控制和保護的功能，以及閉環加高壓的功能全都實現，精度滿足要求。當需要更高采樣精度時，則可以用一些數字信號處理的方法來進一步對A/D轉換過來的數字量進行處理，使精度進一步提高。

新技術的發展使發射機控制保護電路的技術不斷進步，CPLD在實現控制保護電路功能方面有其獨到的優勢，在國外這種模塊化的控制保護電路已經很普遍，跟上國際先進技術應是我們努力的方向。