CN115060963A

CN115060963A - 一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路及实现方法

Info

Publication number: CN115060963A
Application number: CN202210983866.3A
Authority: CN
Inventors: 张晓龙; 李鑫; 项勇跃; 韩彦龙; 李晶莹
Original assignee: Tianjin 764 Communication and Navigation Technology Corp
Current assignee: Tianjin 764 Communication and Navigation Technology Corp
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2022-09-16

Abstract

本发明涉及一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路及实现方法，正常工作时，5V馈电电源通过短路保护电路的自恢复保险丝FU1及电压电流采集电路的检测电阻R1、馈电及信号隔离电路的电感L1和射频电路的射频端口X1组成的馈电通路用于外部天线馈电，电压电流采集电路实时采集馈电通路的电流和电压，电流电压传感器U1生成内部寄存器状态，并经过信息处理与电流电压门限对比，判断为射频端口短路，上位机显示电路短路；判断为射频端口开路，上位机显示电路开路；本发明可以同时检测射频前端电路开路和短路状态。

Description

一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路及实现方法

技术领域

本发明涉及微波射频技术领域，特别涉及一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路及实现方法。

背景技术

当前接收机系统中，有些天线的工作电压需要通过接收机射频前端提供，射频信号与天线的馈电电压共用射频通路。在这种情况下，即要保证射频信号与馈电隔离，又要保证天线馈电正常。由于射频线路老化或损坏致使射频线缆存在断开和短路两种状态，这两种状态都会导致天线馈电异常，致使整个接收机系统定位异常。若此时在前端增加短路和开路检测电路，就能迅速定位故障点，增强接收机系统的可测试性。

当前射频前端馈电系统中，存在没有设计检测电路或检测参数不齐全等问题。

发明内容

鉴于现有技术存在检测状态不全面问题，本发明提供了一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路及实现方法，主要用于测试射频端口电路短路和开路状态检测，根据检测电路的电压和电流状态，生成I2C串行接口配置状态，实现识别射频前端电路处于正常、开路还是短路等状态。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路，包括短路保护电路、电压电流采集电路、馈电及信号隔离电路和射频电路；所述短路保护电路用于电路短路保护，馈电电流电压经过所述短路保护电路流经所述电压电流采集电路；所述电压电流采集电路用于电流电压参数采集，并上报采集状态，与所述馈电及信号隔离电路相连传输馈电；所述馈电及信号隔离电路用于馈电通路和信号隔离，与所述射频电路相连，将电压电流输入到射频电路；所述射频电路用于实现信号传输和馈电传输，并防止馈电进入后端射频电路，该电路分别与外部天线和后端射频电路相连。

所述短路保护电路为自恢复保险丝FU1，所述电压电流采集电路由电流电压传感器U1、检测电阻R1和滤波电容C1组成，所述馈电及信号隔离电路由电感L1和电容C2组成，所述射频电路由射频端口X1和隔离电容C3组成；所述射频端口X1的1脚分别与外部天线、隔离电容C3和电感L1一端相连，所述隔离电容C3另一端与后端射频电路连接，所述电感L1另一端分别与电容C2、检测电阻R1的一端及电流电压传感器U1的2脚、3脚连接，电容C2另一端接地，检测电阻R1另一端分别连接自恢复保险丝FU1一端及电流电压传感器U1的1脚，自恢复保险丝FU1另一端为+5V馈电电源，所述电流电压传感器U1的4脚悬空，5脚接地，6脚、7脚、8脚、9脚与外部信息处理部分相连，10脚与+5V电源连接，并通过滤波电容C1接地；所述电流电压传感器U1的型号为LTC2990，所述自恢复保险丝FU1的型号为SMD025，所述射频电路端口X1的型号为SMP。

一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路实现方法，步骤如下：当电路正常工作时，5V馈电电源通过短路保护电路的自恢复保险丝FU1及电压电流采集电路的检测电阻R1、馈电及信号隔离电路的电感L1和射频电路的射频端口X1组成的馈电通路用于外部天线馈电，所述电感L1用于防止射频信号进入馈电电路，所述电压电流采集电路实时采集馈电通路的电流和电压，电流电压传感器U1生成内部寄存器状态，经过信息处理与电流电压门限对比，通过对比结果确认射频前端状态，若射频前端发生短路，自恢复保险丝FU1进入高阻态防止电流过冲，此时电路电流和电压值为0，电压电流采集电路采集电压和电流参数，判断为射频端口短路，上位机显示电路短路，若射频前端发生开路，馈电通路处于空载状态，此时电流值为0，电压值5V，电压电流采集电路采集电压和电流参数，判断为射频端口开路，上位机显示电路开路。

所述电压电流采集电路实时采集馈电通路的电流和电压处理方法为，电流电压传感器U1将采集的电流和电压信息寄存在内部数据状态寄存器中，当数据状态寄存器被数据处理寻址后该寄存器状态数据被读取，同时被读取位状态清除，被新的采集数据状态替代，这样数据寄存器就会用新的采集数据不断刷新，实时将射频前端状态上报。

本发明产生的技术效果是：本发明提供一种同时实时检测射频前端电流和电压电路，并联合接收机工作状态能快速定位射频前端的故障点；同时，该电路还能在故障发生时保护射频前端被损坏。

本电路适用于接收机射频前端，可实现射频前端的馈电、短路保护及电路状态检测等功能，电路状态检测可实时上报射频前端状态，便于使用人确认电路状态。

本发明有效解决了射频前端电路开路和短路故障状态检测不全面和，部分射频前端没有故障检测电路和不能快速定位故障点问题，本发明可以同时检测射频前端电路开路和短路状态，并根据射频电路阻抗调节检测电阻阻值，设定检测门限，可以适用不同馈电长度的接收机系统。

本发明有效提高了接收机的可靠性和安全性，在接收机射频端口故障时可有效保护射频电路，并识别故障和上报故障；同时，提高了接收机的测试性，方便人员使用，提高产品的质量。

附图说明

图1为本发明的电路图；

图2为本发明电流电压传感器的寄存器状态示意图；

图3为上位机显示端口状态部分示意图；

图4为本发明的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路，电路结构主要分为四部分：短路保护电路、电压电流采集电路、馈电及信号隔离电路和射频电路；

短路保护电路由自恢复保险丝FU1（SMD025）组成，用于电路过流和电路短路保护，当电路中电流突然增大时，自恢复保险丝FU1将会在短时间内阻值升到高阻状态从而起到减少过电流，故障排除后，自恢复保险丝FU1会恢复正常低内阻状态；自恢复保险丝FU1低电阻，响应动作迅速，电路短路后迅速进入高阻态保护电路。

馈电及信号隔离电路由电感L1和电容C2组成，电感L1起到馈电和隔离射频信号的作用，用于给射频端口X1（SMP）馈电并隔离SMP传递的射频信号；电容C2用于馈电滤波。

射频电路由射频端口X1和隔离电容C3组成，用于信号传递和端口馈电的作用，射频端口X1用于射频信号输入和馈电；隔离电容C3隔离馈电防止损坏后端射频电路，即射频电路的X1用于接收机射频信号，电容C3用于隔直防止馈电电流进入接收机射频电路。

电压电流采集电路由电流电压传感器U1（LTC2990）、检测电阻R1和滤波电容C1组成，电流电压传感器U1的V1与V2引脚与电阻R1可以检测线路中的电流，并通过I2C接口传输给信息处理，判定电路电流状态；电流电压传感器U1的V3引脚检测电路的电压，并通过I2C接口传输给信息处理，判定电路电压状态。

电流电压传感器U1，1脚V1与2脚V2引脚结合使用，增加一个电阻R1，执行14位ADC电流测量，电流流经电阻R1，产生的压差不能超过0.300V，最大测量电阻Rmax=0.3V/Imax，电流值I=(V1-V2)/R1；3脚V3直接检测端口电压，由内部ADC采样；8脚ADR0和9脚ADR1是I2C地址控制位；7脚SCL是时钟控制，6脚SDA是数据传输管脚；电流电压传感器U1内部分为8位高字节和低字节，内部寄存器（MSB）中高位提供结果转换状态，电压和电流转换为14位。寄存器（MSB，8位）Bit7是data_valid位，有新数据后置1，读取后清0；Bit6是符号位（Sign），Bit5～Bit0及寄存器（LSB，8位）共14位为数据位D[13：0]，寄存器状态见图2所示。

单端电压V_Single=D[14：0]×305μV，if Sign=0；

单端电压V_Single=（～D[14：0]）×（-305μV），if Sign=1；

差分电压V_Differentail=D[14：0]×19.42μV，if Sign=0；

差分电压V_Differentail=（～D[14：0]）×（-19.42μV），if Sign=1；

Current=D[14：0]×19.42μV/R，if Sign=0；

Current=（～D[14：0]）×（-19.42μV）/R，if Sign=1，其中R为检测电阻。

电流电压传感器U1将根据采集的电流电压状态，实时更新内部数据状态寄存器的状态，信息处理读取数据状态寄存器状态与电流电压门限做对比确认射频前端状态，并联合接收机工作情况协同判断接收机射频前端状态，通过协议转换实时上报到上位机，可以直观明确确认端口状态，增强设备的测试性；上位机显示射频端口开路和短路状态如图3所示。

如图3所示标记的“天线短路”和“天线开路”分别指示电路故障状态，当射频端口正常工作时，“天线短路”和“天线开路”分别显示绿色；当射频端口异常时，对应故障显示红色，便于测试人员区分故障状态。

如图4所示，一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路实现方法，电流电压检测电路已应用于某型接收机，并已实现实物验证，参照图1进行电路设计，实物验证时，搭建实际测试环境，分别将接收机射频端口执行开路和短路测试，上位机能够准确显示接收机故障状态，故障消失后接收机系统恢复正常工作，实际电路的应用及故障测试结果印证了电流电压检测电路的可行性和实用性。

该电路主要由电流电压传感器U1通过其V1和V2管脚检测毫欧级别电阻两端生成电流值，V3管脚检测电压值，分别存储在电流电压传感器U1的数据寄存器，然后通过I2C接口（I2C接口包括电流电压传感器U1的6脚JIC_SDA、7脚JIC_SCL、8脚ADRO、9脚ADRI）将检测的电流和电压值上报给信息处理，可实现实时检测接收机射频前端的工作状态，信息处理完的状态传输到上位机并显示射频前端状态；在馈电输入端设计短路保护电路，防止射频端口短路时电流过冲；通过电感实现电源与射频信号的隔离，通过此检测电路快速识别接收机前端电路状态，同时通过短路保护电路防止故障产生时损坏射频电路。

根据整个通路实际应用待载能力额定电流为20mA，根据分析射频端口开路与短路状态时，电流理论值为0；根据电流浮动、产品实际调试参数以及考虑产品批生产参数差异，选取电流门限为15mA，电流低于15mA则判定射频前端可能短路或开路，另外，射频端口正常工作时电压约4.75V左右；短路时，电压接近0V；开路时，电压约为5V，因此根据电流低于设定门限和电压的高低判定射频端口状态。

电流电压传感器U1采集实际射频端口电流电压值，电流电压传感器U1的电压采集端采用单端电压V_Single=D[14：0]×305μV，if Sign=0更新寄存器状态，电流采集端采用Current=D[14：0]×19.42μV/R，if Sign=0更新寄存器状态。经过信息处理判定射频前端状态并输出通过上位机（如图3所示）显示射频端口状态。

实际电路检测过程：当射频电路正常工作时，5V馈电提供馈电电流和电压，经过短路保护电路，防止电路电流过冲；电压电流采集电路实时采集馈电通路的电流和电压；馈电及信号隔离电路向射频端口馈电，同时隔离射频信号；射频电路用于处理射频信号、隔离馈电，防止馈电进入后端射频电路；若射频前端发生短路，短路保护电路的自恢复保险丝FU1进入高阻态防止电流过冲烧毁电路，此时电路电流和电压值近乎为0，电压电流采集电路采集的电流电压值，经过信息处理判定射频电路处于短路状态，上位机显示电路短路；若射频前端发生开路，馈电通路处于空载状态，此时电流值近乎为0，电压值接近5V，电压电流采集电路采集电流电压数值，经过信息处理判定射频电路处于开路状态，上位机显示电路开路。

该型号接收机通过电流电压检测的电路可以实时检测射频前端的状态，经过实测，将接收机射频前端X1与外部天线断开，处于开路状态，上位机在“天线断路”后端显示红色（见图3），表示触发断路告警；将接收机射频前端X1的中心管脚1对地连接，处于短路状态，上位机在“天线短路”后端显示红色（见图3）；故障消失后，上位机在“天线断路”和“天线短路”后端显示绿色，接收机恢复正常工作，实测后确认该电流电压检测电路能够实时判定射频前端故障。

Claims

1.一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路，其特征在于：包括短路保护电路、电压电流采集电路、馈电及信号隔离电路和射频电路；所述短路保护电路用于电路短路保护，馈电电流电压经过所述短路保护电路流经所述电压电流采集电路；所述电压电流采集电路用于电流电压参数采集，并上报采集状态，与所述馈电及信号隔离电路相连传输馈电；所述馈电及信号隔离电路用于馈电通路和信号隔离，与所述射频电路相连，将电压电流输入到射频电路；所述射频电路用于实现信号传输和馈电传输，并防止馈电进入后端射频电路，该电路分别与外部天线和后端射频电路相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路，其特征在于：所述短路保护电路为自恢复保险丝FU1，所述电压电流采集电路由电流电压传感器U1、检测电阻R1和滤波电容C1组成，所述馈电及信号隔离电路由电感L1和电容C2组成，所述射频电路由射频端口X1和隔离电容C3组成；所述射频端口X1的1脚分别与外部天线、隔离电容C3和电感L1一端相连，所述隔离电容C3另一端与后端射频电路连接，所述电感L1另一端分别与电容C2、检测电阻R1的一端及电流电压传感器U1的2脚、3脚连接，电容C2另一端接地，检测电阻R1另一端分别连接自恢复保险丝FU1一端及电流电压传感器U1的1脚，自恢复保险丝FU1另一端为+5V馈电电源，所述电流电压传感器U1的4脚悬空，5脚接地，6脚、7脚、8脚、9脚与外部信息处理部分相连，10脚与+5V电源连接，并通过滤波电容C1接地；所述电流电压传感器U1的型号为LTC2990，所述自恢复保险丝FU1的型号为SMD025，所述射频电路端口X1的型号为SMP。

3.一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路实现方法，采用权利要求2所述的电路实现，其特征在于，步骤如下：当电路正常工作时，5V馈电电源通过短路保护电路的自恢复保险丝FU1及电压电流采集电路的检测电阻R1、馈电及信号隔离电路的电感L1和射频电路的射频端口X1组成的馈电通路用于外部天线馈电，所述电感L1用于防止射频信号进入馈电电路，所述电压电流采集电路实时采集馈电通路的电流和电压，电流电压传感器U1生成内部寄存器状态，经过信息处理与电流电压门限对比，通过对比结果确认射频前端状态，若射频前端发生短路，自恢复保险丝FU1进入高阻态防止电流过冲，此时电路电流和电压值为0，电压电流采集电路采集电压和电流参数，判断为射频端口短路，上位机显示电路短路，若射频前端发生开路，馈电通路处于空载状态，此时电流值为0，电压值5V，电压电流采集电路采集电压和电流参数，判断为射频端口开路，上位机显示电路开路。

4.根据权利要求3所述的一种用于接收机射频前端电流电压检测的电路实现方法，其特征在于：所述电压电流采集电路实时采集馈电通路的电流和电压处理方法为，电流电压传感器U1将采集的电流和电压信息寄存在内部数据状态寄存器中，当数据状态寄存器被数据处理寻址后该寄存器状态数据被读取，同时被读取位状态清除，被新的采集数据状态替代，这样数据寄存器就会用新的采集数据不断刷新，实时将射频前端状态上报。