CN106708778B - 一种应用于指令制导系统的指令处理芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于指令制导系统的指令处理芯片，采用LQFP封装方式，包含静态检测模块和动态解码模块；静态检测模块中LDO将外界电源转换为静态检测电路和时钟电路的电源电压，时钟电路为静态检测电路提供时钟信号，静态检测电路通过UART接口与控制舱处理器通信，完成静态通信检测；动态解码模块中动态解码电路通过SPI接口向射频接收机发送动态信息，射频接收机延时接收时间指令并输出至动态解码电路进行采样、解码、纠错、校验、还原并重新编码，通过UART接口发送至控制舱处理器。本发明的器件连接更加牢固，产品稳定性更好，系统功耗更小，生产周期和成本大大降低。

Description

一种应用于指令制导系统的指令处理芯片
技术领域
本发明属于电子元器件技术领域，具体涉及一种应用于指令制导系统的指令处理芯片。
背景技术
传统的指令制导系统中指令处理电路主要采用FPGA和FLASH实现动态解码功能，采用单片机实现静态检测功能，其设计架构如图1所示。地面时，单片机与控制舱处理器进行静态通信检测；空中飞行时，FPGA快速捕获接收机突发脉冲信号，进行握手信号的判定、身份识别、校验、纠错编码，还原后送控制舱处理器。随着精确制导技术的快速发展，在不同口径指令制导系统中应用存在以下问题：
1、由于FPGA和单片机一般采用BGA封装方式，在高抗过载冲击环境下容易产生器件脱落现象，影响系统产品的稳定性。
2、由于FPGA和单片机均作为通用器件设计，应用于指令制导系统时需要下载程序调试，调试工作量将随FPGA和单片机芯片数量增加，严重影响生产周期。一般FPGA和单片机均是国外采购器件，国内尚没有成熟的替代产品，批量生产时存在采购风险，导致指令处理电路的成本较高。
3、指令制导系统的必然发展趋势是小型化、系列化和通用性，FPGA、FLASH、单片机及其外围电路占用PCB板上较多的面积，并且功耗比较大，无法同射频接收机集成设计，针对不同口径指令制导系统需要重新进行FPGA和单片机选型，甚至需要针对不同的应用系统来调整常规架构，增加了电路设计的工作量，不利于在其他平台扩展应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于指令制导系统的指令处理芯片，采用单芯片集成设计替代现有系统中的FPGA、FLASH和单片机实现静态检测和动态解码功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于指令制导系统的指令处理芯片，采用LQFP封装方式，包含静态检测模块和动态解码模块。
所述的静态检测模块集成了静态检测电路、UART接口、LDO和时钟电路，LDO将外界电源转换为静态检测电路和时钟电路的1.8V电源电压，时钟电路为静态检测电路提供时钟信号，静态检测电路通过UART接口与控制舱处理器通信，完成系统在地面时的静态通信检测；所述的动态解码模块集成了动态解码电路、UART接口、SPI接口和PLL，PLL为动态解码电路提供时钟信号，动态解码电路通过SPI接口向射频接收机发送动态信息，射频接收机延时接收时间指令并输出至动态解码电路进行采样、解码、纠错、校验、还原并重新编码，通过UART接口发送至控制舱处理器。
所述的静态检测模块和动态解码模块不同时工作，系统工作时先进行静态通信检测，然后才对动态解码模块加电。
所述静态检测模块的IO电压为2.5V，内核电压为1.8V，时钟电路中EFUSE的烧写电压为3.3V，LDO及模拟IO管脚的供电均采用模拟2.5V；动态解码模块的IO电压为3.3V，内核电压为1.8V，PLL采用模拟1.8V供电，模拟IO管脚采用3.3V供电；采用电源隔离单元实现上述不同电压域之间的隔离和全芯片的ESD保护。
本发明的有益效果是：
1)本发明的用于指令制导系统的指令处理芯片采用LQFP封装方式，在高抗过载冲击环境下，器件连接更加牢固，产品稳定性更好；
2)本发明由于用指令处理芯片替代现有技术中的FPGA、FLASH和单片机，程序固化，批量生产时，芯片的调试、筛选可在晶圆级完成，生产周期和成本大大降低；
3)本发明根据静态检测模块和动态解码模块不同时工作且工作电源不同的特点，采用多电压域的电源设计方案，系统功耗更小。
4)本发明由于采用单芯片集成设计，系统体积更小，并且可进一步同射频接收机进行系统集成设计，更加有利于指令制导系统小型化、系列化和通用性的扩展。
附图说明
图1为现有指令处理装置的系统框图；
图2为本发明指令处理芯片的应用框图；
图3为本发明指令处理芯片设计架构框图；
图4为本发明指令处理芯片电源设计框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明的用于指令制导系统的指令处理芯片采用LQFP的封装方式，包含静态检测模块和动态解码模块。其中，静态检测模块集成了静态检测电路、UART接口、LDO和时钟电路，LDO为静态检测电路和时钟电路提供稳定的1.8V电源电压，时钟电路为静态检测电路提供频率稳定的时钟信号，静态检测电路通过UART接口完成同控制舱处理器的信号通信；动态解码模块集成了动态解码电路、UART接口、SPI接口和PLL，PLL为动态解码电路提供时钟信号，动态解码电路通过SPI接口向射频接收机发送动态信息，动态解码电路通过UART接口完成同控制舱处理器的信号通信。
上述用于指令制导系统的指令处理芯片，其中静态检测模块和动态解码模块不同时工作，系统正常工作时先进行静态检测，检测完成之后才对动态解码模块加电；静态检测模块的IO电压为2.5V、内核电压为1.8V、时钟电路中EFUSE的烧写电压为3.3V，LDO及模拟IO管脚的供电均采用模拟2.5V；动态解码模块的IO电压为3.3V、内核电压为1.8V，PLL采用模拟1.8V供电，模拟IO管脚采用3.3V供电；采用电源隔离单元实现不同电压域之间的隔离和全芯片的ESD保护。
上述用于指令制导系统的指令处理芯片，其中EFUSE中的存储数据可用于校准时钟电路的输出时钟，随工艺、电源和温度变化时，保证时钟电路的输出时钟具有较高的精度。
如图3所示，本发明的芯片包含动态解码模块31和静态检测模块32，参考图2，对本发明指令处理芯片3在实际指令制导系统中的工作原理进行说明。
静态检测模块32工作原理：控制舱处理器4为指令处理芯片3提供2.5V电源，经过LDO321转换为稳定的1.8V电源信号，为静态检测电路322和时钟电路323供电；芯片上电后，时钟电路323读取EFUSE中的校准数据，为UART接口324和静态检测电路322提供频率稳定的时钟信号；静态检测电路322通过UART接口324接收控制舱处理器4发送的检测报文，完成报文检测后，再将报文发送给控制舱处理器4，由控制舱处理器4判定发送和接收的报文是否一致，完成系统在地面时的静态通信检测；
动态解码模块31工作原理：芯片上电后，PLL311为UART接口314、SPI接口313和动态解码电路312提供时钟信号；动态解码电路312通过UART接口314接收控制舱处理器4发送的报文数据，保存完整的指令数据，并将系统频点信息通过SPI接口313发送给射频接收机2；延时一定时间后，天线1接收地面雷达上传的时间指令，经过射频接收机2处理之后输出检波数据给动态解码电路312；动态解码电路312对检波数据进行采样、解码、纠错、校验、还原并重新编码，通过UART接口314发送至控制舱处理器4；通过以上过程完成系统在空中飞行时的动态解码功能，从而修正运动轨迹，提高打击精度。
本发明指令处理芯片可以替代现有系统中的FPGA和单片机实现静态检测和动态解码功能，其中动态解码模块31和静态检测模块32不同时工作，其电源设计框图如图4所示。动态解码模块数字部分的IO电压为数字3.3V、内核电压为数字1.8V，模拟部分IO电压为模拟3.3V，PLL采用模拟1.8V供电。静态检测模块数字部分的IO电压为数字2.5V、内核电压为1.8V，模拟部分IO电压和LDO输入电压均为模拟2.5V、时钟电路中EFUSE的烧写电压为3.3V。采用电源隔离单元实现不同电压域之间IO环的隔离和全芯片的ESD保护，其中电源隔离单元1隔离数字3.3V和模拟3.3V、电源隔离单元2隔离模拟3.3V和模拟2.5V、电源隔离单元3隔离模拟2.5V和数字2.5V、电源隔离单元4隔离数字3.3V和数字2.5V。
本发明芯片集成了时钟电路323，其利用EFUSE中的存储数据可对输出时钟进行实时校准，在在uW级功耗设计要求下，芯片随工艺、电源和温度变化时，保证时钟电路323的输出时钟具有较高的精度(≤1％)。
由于本发明采用单芯片集成设计、体积更小，适用于不同口径指令制导系统中，本发明还可进一步同射频接收机进行系统集成设计，对指令制导系统系列化发展起到推动作用。

Claims (3)

1.一种应用于指令制导系统的指令处理芯片，其特征在于：采用LQFP封装方式，包含静态检测模块和动态解码模块；所述的静态检测模块集成了静态检测电路、UART接口、LDO和时钟电路，LDO将外界电源转换为静态检测电路和时钟电路的1.8V电源电压，时钟电路为静态检测电路提供时钟信号，静态检测电路通过UART接口与控制舱处理器通信，完成系统在地面时的静态通信检测；所述的动态解码模块集成了动态解码电路、UART接口、SPI接口和PLL，PLL为动态解码电路提供时钟信号，动态解码电路通过SPI接口向射频接收机发送动态信息，射频接收机延时接收时间指令并输出至动态解码电路进行采样、解码、纠错、校验、还原并重新编码，通过UART接口发送至控制舱处理器。
2.根据权利要求1所述的应用于指令制导系统的指令处理芯片，其特征在于：所述的静态检测模块和动态解码模块不同时工作，系统工作时先进行静态通信检测，然后才对动态解码模块加电。
3.根据权利要求1所述的应用于指令制导系统的指令处理芯片，其特征在于：所述静态检测模块的IO电压为2.5V，内核电压为1.8V，时钟电路中EFUSE的烧写电压为3.3V，LDO及模拟IO管脚的供电均采用模拟2.5V；动态解码模块的IO电压为3.3V，内核电压为1.8V，PLL采用模拟1.8V供电，模拟IO管脚采用3.3V供电；采用电源隔离单元实现不同电压域之间IO环的隔离和全芯片的ESD保护，其中电源隔离单元1隔离数字3.3V和模拟3.3V、电源隔离单元2隔离模拟3.3V和模拟2.5V、电源隔离单元3隔离模拟2.5V和数字2.5V、电源隔离单元4隔离数字3.3V和数字2.5V。
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