RU143076U1

RU143076U1 - DEVICE FOR CONTROL OF MICROWAVE DIODES

Info

Publication number: RU143076U1
Application number: RU2014109482/08U
Authority: RU
Inventors: Наталья Николаевна Карпова; Татьяна Михайловна Панова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ульяновский механический завод", (ОАО "УМЗ")
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-07-10

Abstract

Устройство для контроля СВЧ диодов, содержащее n каналов, включающих первые пороговые элементы, первые входы которых являются входами устройства, на которые подаются контролируемые напряжения, вторые входы первых пороговых элементов объединены между собой, отличающееся тем, что в n каналы введены вторые пороговые элементы, преобразователи уровня, диоды, элементы И-НЕ, при этом объединенные входы первых пороговых элементов являются входом устройства, на который подаётся отрицательное пороговое напряжение, первые входы первых пороговых элементов соединены с первыми входами вторых пороговых элементов через диод, анод которого соединен с первым входом первого порогового элемента, а катод соединен с первым входом второго порогового элемента, вторые входы вторых пороговых элементов объединены между собой и являются входом устройства, на который подаётся положительное пороговое напряжение, выходы первых пороговых элементов через преобразователи уровня соединены с первыми входами элементов И-НЕ, вторые входы которых являются входами устройства, на которые подаются блокирующие напряжения, выходы вторых пороговых элементов и элементов И-НЕ объединены с первым выводом резистора и являются выходом устройства, второй вывод резистора является входом устройства, на который подаётся положительное питающее напряжение, выходные каскады элементов И-НЕ и вторых пороговых элементов представляют собой схемы с открытым коллектором.A device for monitoring microwave diodes containing n channels, including the first threshold elements, the first inputs of which are the inputs of the device to which the controlled voltages are applied, the second inputs of the first threshold elements are interconnected, characterized in that the second threshold elements, converters are introduced into n channels level, diodes, AND elements, while the combined inputs of the first threshold elements are the input of the device to which a negative threshold voltage is applied, the first inputs of the first threshold e elements are connected to the first inputs of the second threshold elements through a diode, the anode of which is connected to the first input of the first threshold element, and the cathode is connected to the first input of the second threshold element, the second inputs of the second threshold elements are interconnected and are the input of the device to which a positive threshold voltage is applied , the outputs of the first threshold elements through level converters are connected to the first inputs of the AND elements, the second inputs of which are the inputs of the device to which the block The output voltages, the outputs of the second threshold elements and NAND elements are combined with the first output of the resistor and are the output of the device, the second output of the resistor is the input of the device to which the positive supply voltage is applied, the output stages of the NAND elements and the second threshold elements are circuits with open collector.

Description

Полезная модель относится к СВЧ технике и может быть использована для контроля и поиска неисправностей в устройствах СВЧ, содержащих p-i-n диоды, например в фазовращателях, многокаскадных переключателях и других.The utility model relates to microwave technology and can be used to monitor and troubleshoot microwave devices containing p-i-n diodes, for example, phase shifters, multi-stage switches, and others.

Известно устройство для контроля СВЧ диодов, например устройство для сравнения сигналов (патент RU 2327279), наиболее близкое к предлагаемому устройству.A device for monitoring microwave diodes, for example, a device for comparing signals (patent RU 2327279), which is closest to the proposed device.

Устройство для сравнения сигналов содержит n пороговых элементов, первые входы которых являются входами устройства. Эти входы присоединяются к анодам СВЧ диодов, исправность которых необходимо проконтролировать. Вторые входы пороговых элементов объединены между собой и являются входом устройства, на который подается пороговое напряжение. На выходе пороговых элементов формируются сигналы, которые сравниваются по длительности в логических элементах И, И-НЕ, ИЛИ. Если длительности сигналов отличаются друг от друга на предельную величину, то делается вывод о неисправности контролируемого СВЧ устройства.A device for comparing signals contains n threshold elements, the first inputs of which are inputs of the device. These inputs are connected to the anodes of the microwave diodes, the health of which must be monitored. The second inputs of the threshold elements are interconnected and are the input of the device to which the threshold voltage is applied. At the output of the threshold elements, signals are generated that are compared in duration in the logical elements AND, AND-NOT, OR. If the signal durations differ from each other by a limiting value, then a conclusion is made about the malfunction of the controlled microwave device.

Недостаток устройства в том, что для его надежного функционирования необходимо индивидуально настраивать уровень порогового напряжения. Это обстоятельство при дестабилизирующих факторах, например при предельных температурах, может приводить к выдаче ложных сигналов о неисправности в контролируемом устройстве.The disadvantage of this device is that for its reliable operation it is necessary to individually adjust the threshold voltage level. This circumstance with destabilizing factors, for example at extreme temperatures, can lead to the issuance of false alarms in the controlled device.

Предлагаемой полезной моделью решается задача увеличения надежности работы устройства за счет исключения выдачи ложных сообщений о неисправности.The proposed utility model solves the problem of increasing the reliability of the device by eliminating the issuance of false error messages.

Для достижения указанного технического результата в устройство для контроля СВЧ диодов, содержащее n каналов, включающих первые пороговые элементы, первые входы которых являются входами устройства, на которые подаются контролируемые напряжения, а вторые входы первых пороговых элементов объединены между собой, в n каналы введены вторые пороговые элементы, преобразователи уровня, диоды, элементы И-НЕ, при этом объединенные входы первых пороговых элементов являются входом устройства, на который подается отрицательное пороговое напряжение, первые входы первых пороговых элементов соединены с первыми входами вторых пороговых элементов через диод, анод которого соединен с первым входом первого порогового элемента, а катод соединен с первым входом второго порогового элемента, вторые входы вторых пороговых элементов объединены между собой и являются входом устройства, на который подается положительное пороговое напряжение, выходы первых пороговых элементов через преобразователи уровня соединены с первыми входами элементов И-НЕ, вторые входы которых являются входами устройства, на которые подаются блокирующие напряжения, выходы вторых пороговых элементов и элементов И-НЕ объединены с первым выводом резистора и являются выходом устройства, второй вывод резистора является входом устройства, на который подается положительное питающее напряжение, при этом выходные каскады элементов И-НЕ и вторых пороговых элементов представляют собой схемы с открытым коллектором.To achieve the technical result, a device for monitoring microwave diodes, containing n channels, including the first threshold elements, the first inputs of which are the inputs of the device to which the controlled voltage is applied, and the second inputs of the first threshold elements are combined, the second threshold channels are introduced into n channels elements, level converters, diodes, AND elements, while the combined inputs of the first threshold elements are the input of the device to which a negative threshold voltage is applied , the first inputs of the first threshold elements are connected to the first inputs of the second threshold elements through a diode, the anode of which is connected to the first input of the first threshold element, and the cathode is connected to the first input of the second threshold element, the second inputs of the second threshold elements are interconnected and are the input of the device, which is supplied with a positive threshold voltage, the outputs of the first threshold elements through level converters are connected to the first inputs of the NAND elements, the second inputs of which are inputs The outputs to which blocking voltages are applied, the outputs of the second threshold elements and the NAND elements are combined with the first output of the resistor and are the output of the device, the second output of the resistor is the input of the device to which the positive supply voltage is applied, while the output stages of the NAND elements second threshold elements are open collector circuits.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для контроля СВЧ диодов.In FIG. 1 shows a structural diagram of a device for monitoring microwave diodes.

На фиг. 2 приведена схема одного канала устройства для контроля СВЧ диодов во взаимодействии с одним из каскадов многокаскадного СВЧ переключателя и каналом схемы управления СВЧ диодом.In FIG. Figure 2 shows a diagram of one channel of a device for monitoring microwave diodes in cooperation with one of the stages of a multi-stage microwave switch and a channel of a microwave diode control circuit.

На фиг. 3 приведена схема преобразователя уровня.In FIG. 3 shows a diagram of a level converter.

Устройство для контроля СВЧ диодов содержит 1, 2…n идентичных каналов, каждый из которых содержит первый 3, второй 4 пороговые элементы, диод 5, преобразователь уровня 6, логический элемент И-НЕ 7.A device for monitoring microwave diodes contains 1, 2 ... n identical channels, each of which contains the first 3, second 4 threshold elements, diode 5, level 6 converter, AND-NOT 7 logic element.

Первые входы первых пороговых элементов 3 являются входами 8 устройства, на которые подаются контролируемые напряжения от СВЧ диодов. Первые входы пороговых элементов 3 через диоды 5 соединены с первыми входами пороговых элементов 4, при этом аноды диодов соединены с первыми входами первых пороговых элементов, а катоды соединены с первыми входами вторых пороговых элементов. Вторые входы первых пороговых элементов 3 соединены между собой и являются входом 9 устройства, на который подается отрицательное пороговое напряжение. Вторые входы вторых пороговых элементов 4 соединены между собой и являются входом 10 устройства, на который подается положительное пороговое напряжение. Выходы первых пороговых элементов 3 через преобразователи уровня 6 соединены с первыми входами элементов И-НЕ 7, вторые входы элементов И-НЕ 7 являются входами 11 устройства, на которые подаются блокирующие напряжения. Выходы вторых пороговых элементов 4, выходы элементов И-НЕ 7 объединены с первым выводом резистора 13 и являются выходом 12 устройства. Второй вывод резистора 13 является входом 14 устройства, на который подается питающее напряжение.The first inputs of the first threshold elements 3 are inputs 8 of the device, which are supplied with controlled voltage from the microwave diodes. The first inputs of the threshold elements 3 through diodes 5 are connected to the first inputs of the threshold elements 4, while the anodes of the diodes are connected to the first inputs of the first threshold elements, and the cathodes are connected to the first inputs of the second threshold elements. The second inputs of the first threshold elements 3 are interconnected and are the input 9 of the device, which is supplied with a negative threshold voltage. The second inputs of the second threshold elements 4 are interconnected and are the input 10 of the device to which a positive threshold voltage is applied. The outputs of the first threshold elements 3 through level 6 converters are connected to the first inputs of AND-NOT 7 elements, the second inputs of AND-NOT 7 elements are inputs 11 of the device to which blocking voltages are applied. The outputs of the second threshold elements 4, the outputs of the AND-NOT 7 elements are combined with the first output of the resistor 13 and are the output 12 of the device. The second output of the resistor 13 is the input 14 of the device, which is supplied with the supply voltage.

Канал схемы 15 управления СВЧ диодом 16, например многокаскадного СВЧ переключателя, содержит транзисторный ключ, собранный на p-n-p транзисторе 17 (транзисторная матрица 2ТС622А), на эмиттер которого подается напряжение плюс 5 В от источника питания 18, а на коллектор через резистор 19 подается напряжение минус 6 В от источника питания 20. Также схема 15 содержит резисторы 21, 22 первого делителя напряжения и резисторы 23, 24 второго делителя напряжения. Транзистор 17 открывается и закрывается напряжением с выхода микросхемы 25 с открытым коллектором (533ЛА13). Резистор 26 задает базовый ток транзистора 17. Резистор 27 защищает базово-эмиттерный переход транзистора 17 от обратных напряжений. Транзистор 17 открыт, когда на выходе микросхемы 25 устанавливается логический «0». Транзистор 17 закрыт, если на выходе микросхемы 25 - логическая «1».The channel of the control circuit 15 of the microwave diode 16, for example, a multi-stage microwave switch, contains a transistor key assembled on a pnp transistor 17 (transistor matrix 2TC622A), the emitter of which is supplied with voltage plus 5 V from the power source 18, and the voltage minus is applied to the collector through the resistor 19 6 V from the power source 20. Also, circuit 15 contains resistors 21, 22 of the first voltage divider and resistors 23, 24 of the second voltage divider. The transistor 17 opens and closes with voltage from the output of the microcircuit 25 with an open collector (533LA13). Resistor 26 sets the base current of transistor 17. Resistor 27 protects the base-emitter junction of transistor 17 from reverse voltages. The transistor 17 is open when the logical "0" is set at the output of the microcircuit 25. The transistor 17 is closed if the output of the microcircuit 25 is a logical "1".

Коллектор транзистора 17 через низкоомный резистор 28 подключен к аноду контролируемого СВЧ диода 16. Контролируемые напряжения с анода диода 16 подаются на входы 8 устройства. С первого делителя напряжения подается пороговое напряжение минус 3 В на вход 9 устройства для контроля СВЧ диодов. Со второго делителя напряжения подается пороговое напряжение плюс 3 В на вход 10 устройства. С выхода микросхемы 25 на входы 11 устройства подается блокирующий нулевой логический уровень для элементов И-НЕ 7.The collector of the transistor 17 through a low-resistance resistor 28 is connected to the anode of the controlled microwave diode 16. The controlled voltage from the anode of the diode 16 is fed to the inputs 8 of the device. A threshold voltage minus 3 V is supplied from the first voltage divider to input 9 of the device for monitoring microwave diodes. A threshold voltage plus 3 V is supplied from the second voltage divider to input 10 of the device. From the output of the microcircuit 25 to the inputs of the device 11, a blocking zero logic level for AND-NOT 7 elements is supplied.

При установке логического «0» на выходе микросхемы 25, обеспечивающего открытое состояние транзистора 17, СВЧ диод 16 смещен в прямом направлении и через его анод протекает ток от источника питания 18. При этом напряжение на аноде диода 16 равно от плюс 0,8 В до плюс 1 В (средняя величина для кремниевых полупроводниковых диодов). Во время закрытого состояния транзистора, когда на выходе микросхемы 25 сигнал соответствует логической «1», СВЧ диод 16 смещен в обратном направлении. Все напряжение от источника питания 20 приложено к диоду 16, т.е. на его аноде напряжение равно минус 6 В.When you set a logical "0" at the output of the microcircuit 25, which ensures the open state of the transistor 17, the microwave diode 16 is biased in the forward direction and current flows from the power source 18 through its anode. The voltage at the anode of the diode 16 is from plus 0.8 V to plus 1 V (average value for silicon semiconductor diodes). During the closed state of the transistor, when the signal corresponds to the logical “1” at the output of the microcircuit 25, the microwave diode 16 is biased in the opposite direction. All voltage from the power source 20 is applied to the diode 16, i.e. voltage at its anode is minus 6 V.

В каналах 1, 2…n устройства для контроля СВЧ диодов в качестве пороговых элементов применены операционные усилители и компараторы 1401 серии. Для их питания можно использовать те же источники плюс 5 В и минус 6 В, которые применяются в схеме управления 15 СВЧ диодами 16. В качестве порогового элемента 3 может быть применен операционный усилитель 1401УД2АММ. Для него используется двуполярное питающее напряжение плюс 5 В, минус 6 В. В качестве порогового элемента 4 может быть использован компаратор 1401СА1ММ, предназначенный для работы с однополярным источником питания плюс 5 В. На его вход кроме напряжений плюс 1 В, плюс 5 В может поступать отрицательное напряжение минус 6 В. Для защиты входа компаратора от отрицательного напряжения применен диод 5. Преобразователь уровня 6 включает компаратор 29, диод 30, и резистор 31. В качестве компаратора 29 может быть применена микросхема 1401СА1ММ. С помощью преобразователя уровня 6 напряжения минус 6 В или плюс 5 В, поступающие на его вход, преобразуются соответственно в напряжения плюс 4 В и 0 В на его выходе, что соответствует логическим уровням ТТЛ. Диод 30 предназначен для защиты входа компаратор 29 от отрицательного напряжения. Микросхема 1401УД2АММ содержит четыре операционных усилителя, микросхема 1401СА1ММ - четыре компаратора, в выходных каскадах которых использованы схемы с открытым коллектором. Элемент И-НЕ 7 с открытым коллектором - один из четырех элементов, которые составляют микросхему 533ЛА9. Например, для устройства контроля четырехкаскадного СВЧ переключателя потребуются: одна микросхема 1401УА2АММ, одна 533ЛА9 и две микросхемы 1401СА1ММ.In channels 1, 2 ... n of the device for monitoring microwave diodes, operational amplifiers and comparators of the 1401 series are used as threshold elements. To power them, you can use the same sources plus 5 V and minus 6 V, which are used in the control circuit 15 microwave diodes 16. As a threshold element 3 can be used operational amplifier 1401UD2AMM. It uses a bipolar supply voltage plus 5 V, minus 6 V. As a threshold element 4, a 1401CA1MM comparator can be used, designed to operate with a unipolar power supply plus 5 V. Besides voltage plus 1 V, plus 5 V, it can be input negative voltage minus 6 V. A diode 5 is used to protect the comparator input from negative voltage. The level 6 converter includes a comparator 29, a diode 30, and a resistor 31. A 1401CA1MM chip can be used as a comparator 29. Using a level 6 converter, the voltages minus 6 V or plus 5 V supplied to its input are converted respectively to voltages plus 4 V and 0 V at its output, which corresponds to the logical levels of TTL. The diode 30 is designed to protect the input of the comparator 29 from a negative voltage. The 1401UD2AMM microcircuit contains four operational amplifiers, the 1401CA1MM microcircuit contains four comparators, in the output stages of which open-collector circuits are used. The I-NOT 7 element with an open collector is one of the four elements that make up the 533LA9 chip. For example, for a control device for a four-stage microwave switch, you will need: one 1401UA2AMM microcircuit, one 533LA9 and two 1401CA1MM microcircuits.

Устройство для контроля СВЧ диодов работает следующим образом.A device for monitoring microwave diodes works as follows.

На микросхему 25 от ЭВМ (не показана) подается тестовый сигнал. При этом в режиме функционального контроля СВЧ напряжение не включается.On a chip 25 from a computer (not shown) a test signal is supplied. Moreover, in the functional control mode, the microwave voltage does not turn on.

Пусть на выходе микросхемы 25 сигнал принял уровень логического «0». Тогда диод 16 окажется открытым и ток будет протекать от источника 18 через резистор 28 и анод диода. При исправном СВЧ диоде 16 напряжение на его аноде примет значение около плюс 1 В. В случае, когда СВЧ диод оборван, на его аноде имеет место напряжение, близкое к напряжению источника питания 18, то есть плюс 5 В. На вторых входах пороговых элементов 4 действует пороговое напряжение плюс 3 В, подаваемое со второго делителя напряжения (резисторы 23 и 24). Если контролируемое напряжение (плюс 1 В) ниже порогового напряжения (плюс 3 В), то на выходе порогового элемента 4 напряжение около плюс 4 В. Это напряжение соответствует напряжению логической «1». Логическая «1» на выходе 12 устройства является признаком исправности всех контролируемых СВЧ диодов. Если контролируемое напряжение (плюс 5 В) выше порогового напряжения (плюс 3 В), то на выходе порогового элемента 4 напряжение около 0 В. Это напряжение соответствует напряжению логического «0». Логический «0» на выходе 12 устройства является признаком неисправности хотя бы одного из контролируемых СВЧ диодов.Suppose that at the output of the microcircuit 25, the signal has adopted a logic level of "0". Then the diode 16 will be open and the current will flow from the source 18 through the resistor 28 and the anode of the diode. With a working microwave diode 16, the voltage at its anode will take on a value of about plus 1 V. In the case when the microwave diode is cut off, there is a voltage close to the voltage of the power source 18, that is, plus 5 V. At the second inputs of the threshold elements 4 the threshold voltage plus 3 V applies from the second voltage divider (resistors 23 and 24). If the monitored voltage (plus 1 V) is lower than the threshold voltage (plus 3 V), then the output of the threshold element 4 is about plus 4 V. This voltage corresponds to a logical “1” voltage. Logical "1" at the output 12 of the device is a sign of serviceability of all controlled microwave diodes. If the monitored voltage (plus 5 V) is higher than the threshold voltage (plus 3 V), then the output of threshold element 4 is about 0 V. This voltage corresponds to a logical “0” voltage. Logical "0" at the output 12 of the device is a sign of a malfunction of at least one of the controlled microwave diodes.

При наличии логической «1» на выходе микросхемы 25 диод 16 закрыт.При исправном диоде 16 напряжение на его аноде оказывается близким к напряжению источника питания 20, т.е. минус 6 В. Если СВЧ диод коротко замкнут, то на его аноде напряжение примет значение около 0 В. На вторых входах пороговых элементов 3 действует пороговое напряжение минус 3 В, подаваемое с первого делителя напряжения (резисторы 21 и 22). Если контролируемое напряжение (минус 6 В) ниже порогового напряжения (минус 3 В), то на выходе преобразователя уровня 6 присутствует логический «0». Через вход 11 устройства на второй вход элемента И-НЕ 7 с выхода микросхемы 25 подается логическая «1». При этом сигнал - логический «0» с выхода преобразователя уровня 6, проходит через первый вход элемента И-НЕ 7 и инвертируется. Таким образом при исправных СВЧ диодах на выходе элемента 7 и выходе 12 устройства присутствует логическая «1». Так как, контролируемые напряжения минус 6 В и 0 В меньше, чем положительное пороговое напряжение на втором входе порогового элемента 4, то на его выходе имеется логическая «1». Поэтому пороговый элемент 4 не влияет на результат при сравнении двух сигналов на входе порогового элемента 3.If there is a logical “1” at the output of the microcircuit 25, the diode 16 is closed. With a working diode 16, the voltage at its anode is close to the voltage of the power supply 20, i.e. minus 6 V. If the microwave diode is short-circuited, then at its anode the voltage will take on a value of about 0 V. At the second inputs of the threshold elements 3, a threshold voltage of minus 3 V is applied from the first voltage divider (resistors 21 and 22). If the monitored voltage (minus 6 V) is lower than the threshold voltage (minus 3 V), then a logical “0” is present at the output of the level 6 converter. Through the input 11 of the device to the second input of the AND-NOT element 7 from the output of the microcircuit 25, a logical "1" is supplied. The signal is a logical “0” from the output of the level 6 converter, passes through the first input of the AND-NOT 7 element and is inverted. Thus, with working microwave diodes at the output of element 7 and output 12 of the device there is a logical "1". Since the monitored voltage minus 6 V and 0 V is less than the positive threshold voltage at the second input of the threshold element 4, then there is a logical “1” at its output. Therefore, the threshold element 4 does not affect the result when comparing two signals at the input of the threshold element 3.

Когда диод 16 оказывается открытым, через вход 11 устройства на второй вход элемента И-НЕ 7 с выхода микросхемы 25 подается блокирующее напряжение - логический «0», который на выходе элемента 7 устанавливает логическую «1» независимо от логического уровня на его первом входе. Поэтому пороговый элемент 3 не влияет на результат при сравнении двух сигналов на входе порогового элемента 4.When the diode 16 is open, through the device’s input 11, a blocking voltage is supplied to the second input of the AND-NOT 7 element from the output of the microcircuit 25 — logical “0”, which sets the logic “1” at the output of element 7 regardless of the logical level at its first input. Therefore, the threshold element 3 does not affect the result when comparing two signals at the input of the threshold element 4.

Таким образом, в предложенном устройстве разница между пороговыми и входными напряжениями составляет единицы вольт. Пороговые напряжения формируются из напряжений тех же источников питания, которые используются для управления СВЧ диодами. То есть при уменьшении или увеличении напряжений источников питания пороговые и контролируемые напряжения будут также соответственно уменьшаться или увеличиваться. Это улучшает помехоустойчивость устройства и исключает выдачу ложных сообщений о неисправности. Предлагаемое устройство по сравнению с известным значительно проще и обладает более повышенной надежностью.Thus, in the proposed device, the difference between threshold and input voltages is units of volts. Threshold voltages are formed from the voltages of the same power sources that are used to control microwave diodes. That is, when the voltage of the power sources decreases or increases, the threshold and controlled voltages will also decrease or increase accordingly. This improves the noise immunity of the device and eliminates the generation of false error messages. The proposed device in comparison with the known much simpler and has a higher reliability.

Claims

A device for monitoring microwave diodes containing n channels, including the first threshold elements, the first inputs of which are the inputs of the device to which the controlled voltages are applied, the second inputs of the first threshold elements are interconnected, characterized in that the second threshold elements, converters are introduced into n channels level, diodes, AND elements, while the combined inputs of the first threshold elements are the input of the device to which a negative threshold voltage is applied, the first inputs of the first threshold e elements are connected to the first inputs of the second threshold elements through a diode, the anode of which is connected to the first input of the first threshold element, and the cathode is connected to the first input of the second threshold element, the second inputs of the second threshold elements are interconnected and are the input of the device to which a positive threshold voltage is applied , the outputs of the first threshold elements through level converters are connected to the first inputs of the AND elements, the second inputs of which are the inputs of the device to which the block The output voltages, the outputs of the second threshold elements and NAND elements are combined with the first output of the resistor and are the output of the device, the second output of the resistor is the input of the device to which the positive supply voltage is applied, the output stages of the NAND elements and the second threshold elements are circuits with open collector.