某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證

劉祥水，曾祥偉，湯郡郡

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241000）

電路板國(guó)產(chǎn)化就是將原國(guó)外設(shè)計(jì)制作的電路板，利用當(dāng)代技術(shù)重新設(shè)計(jì)制作出全功能替代的國(guó)產(chǎn)化的電路板，以解決國(guó)內(nèi)修理廠在修理國(guó)外飛機(jī)機(jī)載設(shè)備中遇到的高故障率、高成本、長(zhǎng)周期等問(wèn)題。通過(guò)國(guó)產(chǎn)化所進(jìn)行的技術(shù)研究不僅可以加深對(duì)電路板原理的掌握，滿足該類電路板深度修理的需要，而且通過(guò)國(guó)產(chǎn)化研制可以降低國(guó)內(nèi)修理的成本，縮短修理周期并解決部分技術(shù)封鎖的問(wèn)題。

1 某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器國(guó)產(chǎn)化的基本思路和實(shí)施分析

1.1 實(shí)施的思路

電路板國(guó)產(chǎn)化具體方法是先通過(guò)分析電路板的原理以及在產(chǎn)品中的功能，然后，通過(guò)軟件仿真的方法，對(duì)電路板的功能波形進(jìn)行模擬，通過(guò)仿真的電路進(jìn)行PCB 設(shè)計(jì)，制作出試驗(yàn)電路板，運(yùn)用現(xiàn)有的電路板自動(dòng)測(cè)試診斷系統(tǒng)，編寫相關(guān)的測(cè)試程序。測(cè)試設(shè)備通過(guò)加載實(shí)際的測(cè)試信號(hào)對(duì)試驗(yàn)電路板和原電路板進(jìn)行對(duì)比和調(diào)試，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)后使得試驗(yàn)板和原裝電路板在相同的激勵(lì)信號(hào)下，其響應(yīng)信號(hào)也完全一致。在此基礎(chǔ)上裝入產(chǎn)品按照產(chǎn)品的測(cè)試工藝進(jìn)行檢查和調(diào)試，最終使得國(guó)產(chǎn)化電路板完全滿足產(chǎn)品的裝機(jī)要求。

1.2 某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器主要特性及技術(shù)參數(shù)

某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器是俄羅斯生產(chǎn)的某型機(jī)載控制計(jì)算組件中的數(shù)字/模擬信號(hào)變換器。該電路板主要用于將并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成與角度的正弦和余弦成正比例的兩個(gè)交流信號(hào)，變換誤差不大于20′，變換時(shí)間不大于2.5ms，角度變換范圍為-180°～+180°。

該型電路板的供電電壓有+12V、+15V、-15V 以及數(shù)字地和模擬地。其主要功能是：輸入寄存器，用于將保證接收和保存角的二進(jìn)制碼；功能數(shù)模變換器，用于將角的二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成與角的正弦和余弦成正比例的兩種電壓；兩個(gè)調(diào)制器，用于保證對(duì)通過(guò)比較器進(jìn)入調(diào)制器的載波頻率400Hz 進(jìn)行調(diào)制；基準(zhǔn)電壓電源，用于保證向功能變換器供給穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。電路板原理框圖見圖1。

1.3 某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器國(guó)產(chǎn)化的必要性

該型數(shù)模轉(zhuǎn)換器是控制計(jì)算組件中故障率較高的板件之一。由于該電路板是一塊數(shù)模混合電路板，二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)的電路采用的是早期的邏輯芯片設(shè)計(jì)，信號(hào)的采集檢測(cè)要求高，產(chǎn)品在線排故的難度很大。在修理過(guò)程中，該型數(shù)模轉(zhuǎn)換器長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)采購(gòu)的渠道，板件中很多的俄產(chǎn)元器件價(jià)格很高，供應(yīng)受國(guó)外限制，國(guó)產(chǎn)化后即方便后期修理中換新，同時(shí)，又降低了修理成本。

圖1 電路板原理框圖

1.4 某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器國(guó)產(chǎn)化的可行性

（1）熟悉原理。該型轉(zhuǎn)換器在實(shí)現(xiàn)AD 轉(zhuǎn)換的電路中使用了逐次逼近式移位寄存器、10 位乘法型D/A 轉(zhuǎn)換器和精度高、溫漂小的電阻網(wǎng)絡(luò)。采用先測(cè)后仿的原則，依據(jù)中國(guó)航空工業(yè)總公司出版的《俄中西電子元器件對(duì)照手冊(cè)》查找對(duì)應(yīng)的代換器件，利用計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行仿真測(cè)試，可以驗(yàn)證替換后的電路的性能參數(shù)。

（2）工藝成熟。現(xiàn)有的軍品電路板制作工藝已經(jīng)非常成熟，能夠生產(chǎn)出符合軍品需求的電路板。

（3）試驗(yàn)環(huán)境完備。現(xiàn)有的環(huán)境試驗(yàn)條件非常齊全，包括高低溫試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、飛機(jī)驗(yàn)證試驗(yàn)等，能夠很好地對(duì)電路板的性能進(jìn)行驗(yàn)證。

（4）備選器件豐富。原電路板上的所有集成芯片完全可以用現(xiàn)在的國(guó)產(chǎn)軍品器件或西方軍品器件替代，可以通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有軍品元器件進(jìn)行篩選采購(gòu)。

（5）具備驗(yàn)證平臺(tái)。現(xiàn)有的通用設(shè)備、專用設(shè)備為開發(fā)提供了有利的條件，基于VXI 總線的電路板自動(dòng)測(cè)試診斷系統(tǒng)提供了實(shí)際的功能驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)。

1.5 某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器國(guó)產(chǎn)化的實(shí)施步驟

（1）分析某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器原理圖，查明所有元器件的功能，并根據(jù)相關(guān)資料查找代換器件。通過(guò)原理分析，對(duì)位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，對(duì)模擬部分進(jìn)行等效仿真。

（2）根據(jù)電路板原理圖，通過(guò)元器件替換及其部分功能替代的方法在軟件仿真測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行整板原理圖的繪制。

（3）在軟件原理圖和原板功能一致的基礎(chǔ)上，調(diào)研國(guó)內(nèi)的元器件生產(chǎn)廠家并購(gòu)置相應(yīng)元器件；同時(shí)，在protel中繪制國(guó)產(chǎn)化電路原理圖，并設(shè)計(jì)后期用于測(cè)試的轉(zhuǎn)接硬件電路板，最終進(jìn)行pcb 制板。

（4）制作一塊國(guó)產(chǎn)化試驗(yàn)板和測(cè)試用的轉(zhuǎn)接硬件電路板，對(duì)試驗(yàn)板和原裝電路板進(jìn)行同步比較，并對(duì)性能參數(shù)不一致的部分電路進(jìn)行修改和試驗(yàn)，驗(yàn)證時(shí)序的正確性。

（5）測(cè)試驗(yàn)證結(jié)束后進(jìn)行樣板的定型、選材和制作。

（6）對(duì)制作后的樣板板進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，并把制作成功的電路板裝上產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，完成各類技術(shù)鑒定。

2 某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器原理分析

2.1 電路板功能原理

該板是產(chǎn)品中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，主要功能是將并行二進(jìn)制碼的數(shù)字量角度信號(hào)變換成與角度正、余弦成正比的兩個(gè)交流電壓。其原理框圖見圖2。

圖2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器原理框圖

如圖2 所示，該型數(shù)模轉(zhuǎn)換器由數(shù)模轉(zhuǎn)換器主要由數(shù)字選擇控制電路1、乘法型D/A 轉(zhuǎn)換器組、電壓轉(zhuǎn)換電路1、電壓轉(zhuǎn)換電路2、模擬開關(guān)1、模擬開關(guān)2、電壓跟隨比較電路1、電壓跟隨比較電路2 組成。

2.2 電路的詳細(xì)工作過(guò)程

在該板中數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字選擇控制電路1 后，形成D/A 轉(zhuǎn)換器組的控制信號(hào)。在控制信號(hào)全1（10V 高電平）的情況下，D/A 轉(zhuǎn)換器組輸出基準(zhǔn)電壓。基準(zhǔn)電壓分別通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換電路1 和電壓轉(zhuǎn)換電路2 反相調(diào)整后，送達(dá)模擬開關(guān)1和模擬開關(guān)2。在模擬開關(guān)有條件的選擇下，分別通過(guò)電壓跟隨比較電路1 和電壓跟隨比較電路2 的限幅控制后輸出。

3 國(guó)產(chǎn)化后板件部分功能的測(cè)試

電路板國(guó)產(chǎn)化研制后需要對(duì)板件進(jìn)行功能驗(yàn)證，該過(guò)程需要首先對(duì)各模塊進(jìn)行性能測(cè)試，然后在系統(tǒng)級(jí)設(shè)備中進(jìn)行整體性能驗(yàn)證。各模塊的功能驗(yàn)證利用電路板自動(dòng)測(cè)試診斷系統(tǒng)進(jìn)行分組檢測(cè)，遍歷電路板上的所有電子元器件，并對(duì)電路板的邏輯功能進(jìn)行檢測(cè)。整體性能則需要將板件裝入整個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行整體性能試驗(yàn)。

3.1 電源輸出測(cè)試

將板件安裝在電路板自動(dòng)測(cè)試診斷系統(tǒng)中，接通電源，通過(guò)示波器可以檢測(cè)到穩(wěn)壓管的具體穩(wěn)壓值，以確定其工作狀態(tài)是否良好。在端口5A 上輸入峰值為8V 的正弦信號(hào)，即可用示波器在輸出端（D4/7）采集到10V 的方波信號(hào)。電路如圖3 所示。

3.2 數(shù)字選擇控制電路測(cè)試

圖3 電源輸出電路

數(shù)字選擇控制電路，主要檢測(cè)利用邏輯芯片搭建的時(shí)鐘時(shí)序圖，對(duì)電路中元器件D6、D13 進(jìn)行時(shí)序檢測(cè)其分頻信號(hào)如圖4 所示，符合設(shè)計(jì)要求，輸出信號(hào)將對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行控制。

圖4 數(shù)字選擇控制電路信號(hào)圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器國(guó)產(chǎn)化的必要性、可行性、實(shí)施步驟和具體的國(guó)產(chǎn)化過(guò)程，并設(shè)計(jì)了測(cè)試程序保證了國(guó)產(chǎn)化板件的性能測(cè)試，通過(guò)某型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)實(shí)踐證明，通過(guò)部分優(yōu)化、改進(jìn)設(shè)計(jì)和替代，是可實(shí)現(xiàn)某些電路板的國(guó)產(chǎn)化功能替代的，目前，該國(guó)產(chǎn)化電路板已通過(guò)鑒定并投入使用。通過(guò)本文的介紹，希望對(duì)從事國(guó)外產(chǎn)品尤其是飛機(jī)維修領(lǐng)域的從業(yè)者提供一種國(guó)產(chǎn)化替代的修理方法，能夠徹底解決國(guó)外產(chǎn)品采購(gòu)難、成本高、周期長(zhǎng)等難題，同時(shí)，本文也提供了一種全部使用通用化、高集成化的元器件制造的在性能、功能上完全替代原板件的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的國(guó)產(chǎn)化方法。