CN103346801B - 一种分布式串并转换控制结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式串并转换控制结构，其特征在于：每个射频通道包括一个配置有芯片ID号的串并转换控制芯片，用以将系统波束控制器下发的通道ID号与芯片ID号进行对比并实现对单个射频通道的衰减和移相的独立控制；所述系统波束控制器通过SPI总线与每个T/R组件相连接，SPI总线包括三根连接线，分别为同步时钟CLK、串行数据SN和使能EN。本发明使用分布式结构代替集中控制的结构，通过在结构中使用配置有芯片ID号的串并转换控制芯片，大幅减少组件之间的连接线，实现了对组件内单个单元的控制，极大提高了系统内T/R组件的通用性和系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及精密电子设备的数字控制领域，尤其涉及一种分布式串并转换控制结构及控制方法。
背景技术
到目前为止，在复杂精密的电子设备中，对终端传感器进行有效的数字控制一直作为一个问题存在。假设每一个射频通道需要X位数控衰减和数控移相数据，则系统波束控制器需要下发一共M×N×X位数据，通过现有的集中控制结构，系统波束控制器需要M×N×X根连接线才可完成对每一个通道的衰减和移相进行独立控制，连接线繁多，提高系统集成的难度并且系统内组件之间互连的可靠性降低，进而提高系统故障率；因此，现有的集中控制方法具有连接复杂，故障率高，排故不易的问题，直接导致系统体积偏大，不易集成，可靠性差，系统内组件的通用性差等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对于现有技术中集成控制结构连接线繁多、集成低、故障率高且不能对组件进行高效控制的问题，提供一种分布式串并转换控制结构，该结构能够有效减少组件之间的连接线，通过开发串并转换芯片配合通道ID的手段完成了系统对末端的独立精确控制，极大提高了系统内组件的通用性和系统的可靠性。
本发明的另一目的是提供一种分布式串并转换控制结构的控制方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
提供一种分布式串并转换控制结构，包括
系统波束控制器和若干个T/R组件；每个T/R组件包括至少一个射频通道，每个射频通道包括一个数控移相器和数控衰减器；每个射频通道还包括一个配置有芯片ID号的串并转换控制芯片，该串并转换控制芯片与数控移相器和数控衰减器相连接，用以将系统波束控制器下发的通道ID号与芯片ID号进行对比并实现对单个射频通道的衰减和移相的独立控制；所述系统波束控制器通过SPI总线与每个T/R组件相连接，以实现对T/R组件内的每个射频通道的控制；所述SPI总线包括三根连接线，分别为同步时钟CLK、串行数据SN和使能EN。
所述串并转换控制芯片包括依次连接的串行数据接口模块、写入缓存阵列模块、读出缓存阵列模块、16路32选1开关模块和串行自检输出模块。
所述串并转换控制芯片还包括上电复位模块，该上电复位模块与串行数据接口模块、写入缓存阵列模块和读出缓存阵列模块相连接。
所述串并转换控制芯片通过不同的端口连接方式配置芯片ID号，串并转换控制芯片中ID配置位为3位，分别为AD0、AD1和AD2；所述串并转换控制芯片配置有8种芯片ID号，分别是000、001、010、011、100、101、110和111。
上述分布式串并转换控制结构的控制方法包括以下步骤：
（1）对T/R组件内的每一个射频通道配置通道ID号，并与串并转换控制芯片的芯片ID号一一对应；系统波束控制器通过SPI总线下发串行数据到每一个T/R组件，T/R组件内的每一个射频通道同时接收到该串行数据；串行数据中包括每个射频通道的通道ID号。
（2）串并转换控制芯片将芯片ID号与系统波束控制器下发的通道ID号进行对比，如果串并转换控制芯片的芯片ID号与系统波束控制器下发的通道ID号相匹配，则执行系统波束控制器下发的串行数据的串并转换，再通过数控衰减器和数控移相器完成对该射频通道的衰减和移相；如果不匹配，则忽略系统波束控制器下发的串行数据；最终实现对每个射频通道的衰减和移相的独立控制。
所述串行数据的数据包格式为：D4~D0位为通道ID位，接着C4~C0位为写入缓存地址位，最后R15~R0位为衰减移相数据位。
所述串并转换控制芯片的芯片ID号位数小于系统波束控制器下发的通道ID号的位数；系统波束控制器下发的通道ID号中多余的高位被串并转换控制芯片忽略掉。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1）本发明使用分布式结构代替集中控制的结构，通过在结构中使用配置有芯片ID号的串并转换控制芯片，大幅减少组件之间的连接线，并能够通过不同的芯片ID控制不同的T/R组件完成复杂的系统功能，实现了对组件内单个单元的控制，极大提高了系统内T/R组件的通用性和系统的可靠性。
2）本发明的分布式结构采用将末端控制分布在组件通道上的方法，通过开发串并转换芯片配合通道ID的方式完成系统对末端的独立精确控制。
3）本发明结构的组件之间仅使用T/R组件×3根连接线进行数据传输，可有效降低系统集成的难度和提高系统内组件之间互连的可靠性，降低系统故障率。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的串并转换控制芯片的电路结构图。
图3为本发明的串并转换控制芯片的ID配置图。
图4为本发明的串并转换控制芯片串行数据输入时序的结构示意图。
图5为本发明的串并转换控制芯片自检输出时序的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细地描述：
本实施例以本发明应用于相控阵雷达系统为例，其原理框图如图1所示。该分布式串并转换控制结构包括系统波束控制器和M个T/R组件；每个T/R组件包括N个射频通道，每个射频通道包括一个串并转换控制芯片、一个数控移相器和一个数控衰减器，串并转换控制芯片中配置有芯片ID号；其中，系统波束控制器通过SPI总线与每个T/R组件相连接，串并转换控制芯片与数控移相器和数控衰减器相连接；如图4所示，SPI总线包括三根连接线，分别为同步时钟（CLK）、串行数据（SN）和使能（EN），因此，该分布式结构仅需要M×3根数据线即可完成对每一个射频通道的衰减和移相的独立控制。
如图2所示，串并转换控制芯片包括串行数据接口模块、写入缓存阵列模块、读出缓存阵列模块、16路32选1开关模块、串行自检输出模块和上电复位模块；串行数据接口模块、写入缓存阵列模块、读出缓存阵列模块、16路32选1开关模块和串行自检输出模块依次连接，上电复位模块与串行数据接口模块、写入缓存阵列模块和读出缓存阵列模块相连接。
串并转换控制芯片能够通过外部引脚的连接完成不同芯片ID号的配置，应用到通道ID号不同的射频通道中；如图3所示，串并转换控制芯片中ID配置位为3位，分别为AD0、AD1和AD2；在芯片配置端口，AD0、AD1和AD2旁放置接地焊盘，如需要任何位置，就将该位用金丝键合到接地焊盘上；该串并转换控制芯片一共可提供8种不同的ID配置，分别是000、001、010、011、100、101、110、111。
下面将该分布式串并转换控制结构应用于相控阵雷达系统的使用过程进行详细描述。
对T/R组件内的每一个射频通道分配ID号，同一个T/R组件内射频通道之间用通道ID号区分，并与串并转换控制芯片的芯片ID号一一对应；系统波束控制器下发串行数据到T/R组件，串行数据中包含了每个射频通道的ID号，T/R组件内的每一个射频通道均接收到相同的串行数据，串并转换控制芯片此时对比芯片ID号配置是否和系统波束控制器下发的通道ID号一致，如一致，执行系统波束控制器下发的衰减移相数据的串并转换并通过数控衰减、数控移相器完成射频通道的衰减和移相，这样就完成了对每一个射频通道的衰减和移相的独立控制；如不一致，忽略系统波束控制器下发的衰减移相数据。
其中，串并转换控制芯片的芯片ID号和系统波束控制器下发的通道ID号的比较过程如下：
串并转换控制芯片的ID号位数应小于系统波束控制器下发的通道ID的位数，系统波束控制器下发的通道ID号多余的高位将会被串并转换控制芯片忽略掉；如果串并转换控制芯片的芯片ID号位数大于系统波束控制器下发的通道ID号的位数，串并转换控制芯片与通道ID号不相匹配而不能正常响应。例如系统波束控制器下发的通道ID号为5位，串并转换控制芯片的芯片ID号位数为3位，串并转换控制芯片会忽略系统波束控制器下发的通道ID号所高出的2位。
另外，串并转换控制芯片的输出位数应大于数控衰减器和数控移相器的位数之和，以便于串并转换控制芯片在尽量广泛的系统中应用，但并不是串并转换控制芯片的输出位数越多越好，而要综合考虑芯片面积和时序上的限制。
系统波束控制器下发的数据为串行数据，符合SPI协议，并使用3根连接线进行数据传输，3连接根线分别为同步时钟（CLK），串行数据（SN）和使能（EN）；如图4所示，串行数据的数据包格式为：前5位为通道ID位（D4~D0），接着5位为芯片写入缓存地址位（C4~C0），最后16位为衰减移相数据位（R15~R0）。
串并转换控制芯片对接收到的串行数据进行处理并输出的过程为：
串行数据接口模块对收到的串行数据包进行分解，判断通道ID号是否和芯片ID号一致，如一致，根据写入缓存地址位将16位衰减移相数据存入写入缓存阵列模块中；如不一致，忽略该数据包；写入缓存阵列模块用于存储衰减移相数据，最多可存储32组16位衰减移相数据；写入缓存阵列的数据准备好后，将写入缓存阵列的数据转移到读出缓存阵列模块中；从读出缓存阵列模块的32组衰减移相数据中选择1组并行输出（SD15~SD0，共16位）；如图5所示，串行自检输出模块根据LD信号是否有效，ZTO端口串行输出相应的衰减移相数据（SD15~SD0）。
综上所述，使用分布式结构代替集中控制的结构；使用SPI总线对组件进行控制，为进一步减少系统内组件的连接线，对SPI总线进行进一步简化，通过在串并转换控制芯片的设计中加入芯片ID号，系统下发控制指令时将芯片ID一起下发到组件即可实现对组件内单个单元的控制。
现有的集中控制方法系统内组件的连接线为M×N×X根，使用本发明中的结构仅需M×3根连接线，该结构大幅减少了系统内组件之间连接线的数量，从而可有效降低系统集成的难度和提高系统内组件之间互连的可靠性，降低系统故障率。
虽然结合具体实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但并非是对本专利保护范围的限定。在权利要求书所限定的范围内，本领域的技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改或调整仍受本专利的保护。
Claims (3)
1.一种分布式串并转换控制结构，包括系统波束控制器和若干个T/R组件；每个T/R组件包括至少一个射频通道，每个射频通道包括一个数控移相器和数控衰减器；其特征在于：每个射频通道还包括一个配置有芯片ID号的串并转换控制芯片，该串并转换控制芯片与数控移相器和数控衰减器相连接，用以将系统波束控制器下发的通道ID号与芯片ID号进行对比并实现对单个射频通道的衰减和移相的独立控制；所述系统波束控制器通过SPI总线与每个T/R组件相连接，以实现对T/R组件内的每个射频通道的控制；所述SPI总线包括三根连接线，分别为同步时钟CLK、串行数据SN和使能EN；
所述串并转换控制芯片包括依次连接的串行数据接口模块、写入缓存阵列模块、读出缓存阵列模块、16路32选1开关模块和串行自检输出模块。
2.根据权利要求1所述的分布式串并转换控制结构，其特征在于：还包括上电复位模块，该上电复位模块与串行数据接口模块、写入缓存阵列模块和读出缓存阵列模块相连接。
3.根据权利要求1所述的分布式串并转换控制结构，其特征在于：所述串并转换控制芯片中ID配置位为3位，分别为AD0、AD1和AD2；串并转换控制芯片配置有8种芯片ID号，分别是000、001、010、011、100、101、110和111。
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