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Engineering工程
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某型数模转换器国产化设计方案验证
刘祥水，曾祥伟，汤郡郡
（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖 241000）
摘要：某型俄制数模转换器在修理过程中故障率高，修理所需器材采购难度大、修理成本昂贵，长期制约某型机载导航设备的修理，本文从测绘原俄版电路原理图开始，通过分析总结其设计原理和重要元器件的功能，并根据相关资料查找替代器件，对无法替代的局部电路进行了优化改进设计，最终实现了该板的国产化设计及验证工作。
关键词：国产化；数模转换器
中图分类号：TN792 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）04（上）-0131-02
电路板国产化就是将原国外设计制作的电路板，利用当代技术重新设计制作出全功能替代的国产化的电路板，以解决国内修理厂在修理国外飞机机载设备中遇到的高故障率、高成本、长周期等问题。通过国产化所进行的技术研究不仅可以加深对电路板原理的掌握，满足该类电路板深度修理的需要，而且通过国产化研制可以降低国内修理的成本，缩短修理周期并解决部分技术封锁的问题。
1 某型数模转换器国产化的基本思路和实施分析1.1 实施的思路
电路板国产化具体方法是先通过分析电路板的原理以及在产品中的功能，然后，通过软件仿真的方法，对电路板的功能波形进行模拟，通过仿真的电路进行PCB设计，制作出试验电路板，运用现有的电路板自动测试诊断系统，编写相关的测试程序。测试设备通过加载实际的测试信号对试验电路板和原电路板进行对比和调试，通过反复试验后使得试验板和原装电路板在相同的激励信号下，其响应信号也完全一致。在此基础上装入产品按照产品的测试工艺进行检查和调试，最终使得国产化电路板完全满足产品的装机要求。1.2 某型数模转换器主要特性及技术参数
某型数模转换器是俄罗斯生产的某型机载控制计算组件中的数字/模拟信号变换器。该电路板主要用于将并行二进制码转换成与角度的正弦和余弦成正比例的两个交流信号，变换误差不大于20′，变换时间不大于2.5ms，角度变换范围为-180°～+180°。
该型电路板的供电电压有+12V、+15V、-15V以及数字地和模拟地。其主要功能是：输入寄存器，用于将保证接收和保存角的二进制码；功能数模变换器，用于将角的二进制码转换成与角的正弦和余弦成正比例的两种电压；两个调制器，用于保证对通过比较器进入调制器的载波频率400Hz进行调制；基准电压电源，用于保证向功能变换器供给稳定的基准电压。电路板原理框图见图1。1.3 某型数模转换器国产化的必要性
该型数模转换器是控制计算组件中故障率较高的板件之一。由于该电路板是一块数模混合电路板，二进制码转换成交流信号的电路采用的是早期的逻辑芯片设计，信号的采集检测要求高，产品在线排故的难度很大。在修理过程中，该
通讯作者：刘祥水。
图1 电路板原理框图
型数模转换器长期以来无采购的渠道，板件中很多的俄产元器件价格很高，供应受国外，国产化后即方便后期修理中换新，同时，又降低了修理成本。1.4 某型数模转换器国产化的可行性
（1）熟悉原理。该型转换器在实现AD转换的电路中使用了逐次逼近式移位寄存器、10位乘法型D/A转换器和精度高、温漂小的电阻网络。采用先测后仿的原则，依据中国航空工业总公司出版的《俄中西电子元器件对照手册》查找对应的代换器件，利用计算机仿真软件进行仿真测试，可以验证替换后的电路的性能参数。
（2）工艺成熟。现有的军品电路板制作工艺已经非常成熟，能够生产出符合军品需求的电路板。
（3）试验环境完备。现有的环境试验条件非常齐全，包括高低温试验、振动试验、飞机验证试验等，能够很好地对电路板的性能进行验证。
（4）备选器件丰富。原电路板上的所有集成芯片完全可以用现在的国产军品器件或西方军品器件替代，可以通过对国内现有军品元器件进行筛选采购。
（5）具备验证平台。现有的通用设备、专用设备为开发提供了有利的条件，基于VXI总线的电路板自动测试诊断系统提供了实际的功能验证测试平台。1.5 某型数模转换器国产化的实施步骤
（1）分析某型数模转换器原理图，查明所有元器件的功能，并根据相关资料查找代换器件。通过原理分析，对位权电阻网络进行优化改进设计，对模拟部分进行等效仿真。
（2）根据电路板原理图，通过元器件替换及其部分功能替代的方法在软件仿真测试的基础上进行整板原理图的绘制。
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Research and Exploration 研究与探索·工艺流程与应用
（3）在软件原理图和原板功能一致的基础上，调研国内的元器件生产厂家并购置相应元器件；同时，在protel中绘制国产化电路原理图，并设计后期用于测试的转接硬件电路板，最终进行pcb制板。
（4）制作一块国产化试验板和测试用的转接硬件电路板，对试验板和原装电路板进行同步比较，并对性能参数不一致的部分电路进行修改和试验，验证时序的正确性。
（5）测试验证结束后进行样板的定型、选材和制作。（6）对制作后的样板板进行可靠性试验，并把制作成功的电路板装上产品进行检测，完成各类技术鉴定。2 某型数模转换器原理分析2.1 电路板功能原理
该板是产品中的数模转换器，主要功能是将并行二进制码的数字量角度信号变换成与角度正、余弦成正比的两个交流电压。其原理框图见图2。
图2 数模转换器原理框图
如图2所示，该型数模转换器由数模转换器主要由数字选择控制电路1、乘法型D/A转换器组、电压转换电路1、电压转换电路2、模拟开关1、模拟开关2、电压跟随比较电路1、电压跟随比较电路2组成。2.2 电路的详细工作过程
在该板中数字信号通过数字选择控制电路1后，形成D/A转换器组的控制信号。在控制信号全1（10V高电平）的情况下，D/A转换器组输出基准电压。基准电压分别通过电压转换电路1和电压转换电路2反相调整后，送达模拟开关1和模拟开关2。在模拟开关有条件的选择下，分别通过电压跟随比较电路1和电压跟随比较电路2的限幅控制后输出。3 国产化后板件部分功能的测试
电路板国产化研制后需要对板件进行功能验证，该过程需要首先对各模块进行性能测试，然后在系统级设备中进行整体性能验证。各模块的功能验证利用电路板自动测试诊断系统进行分组检测，遍历电路板上的所有电子元器件，并对电路板的逻辑功能进行检测。整体性能则需要将板件装入整个产品进行整体性能试验。3.1 电源输出测试
将板件安装在电路板自动测试诊断系统中，接通电源，通过示波器可以检测到稳压管的具体稳压值，以确定其工作状态是否良好。在端口5A上输入峰值为8V的正弦信号，即可用示波器在输出端（D4/7）采集到10V的方波信号。电路如图3所示。
3.2 数字选择控制电路测试
数字选择控制电路，主要检测利用逻辑芯片搭建的时钟
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图3 电源输出电路
时序图，对电路中元器件D6、D13进行时序检测其分频信号如图4所示，符合设计要求，输出信号将对数模转换电路进行控制。
图4 数字选择控制电路信号图
4 结语
本文介绍了某型数模转换器国产化的必要性、可行性、实施步骤和具体的国产化过程，并设计了测试程序保证了国产化板件的性能测试，通过某型数模转换器的国产化设计实践证明，通过部分优化、改进设计和替代，是可实现某些电路板的国产化功能替代的，目前，该国产化电路板已通过鉴定并投入使用。通过本文的介绍，希望对从事国外产品尤其是飞机维修领域的从业者提供一种国产化替代的修理方法，能够彻底解决国外产品采购难、成本高、周期长等难题，同时，本文也提供了一种全部使用通用化、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数模转换器的国产化方法。
