在應用存儲測試技術進行現場測試時， 測試系統(tǒng)通常安裝在被測體上， 由于被測體所處的環(huán)境惡劣， 對測試系統(tǒng)提出了嚴格要求： 微體積、微功耗、高可靠性、耐高低溫、抗高沖擊和抗振動等。微體積的要求使得存儲測試系統(tǒng)對電源的體積要求極為苛刻， 為此要盡可能地降低整個測試系統(tǒng)的功耗。例如， 火炮膛壓測試是檢測火炮系統(tǒng)性能的重要手段， 中北大學研制的放入式電子測壓器在測量火炮膛壓時， 必須隨彈藥保高溫（ + 55 ℃） 或低溫（ - 40℃） 或常溫（ + 20℃） 達48 h, 放入式電子測壓器必須在彈藥保溫前放入藥筒中， 因此， 在保溫前把電子測壓器接通電源， 但是只維持等待工作狀態(tài)（ 電流小于60uA ） , 在實彈射擊試驗前通過某種微型倒置開關使電子測壓器進入全工作狀態(tài)（ 電流小于6mA） , 在火炮膛壓測試結束后測試系統(tǒng)又自動轉入數據保持狀態(tài)， 維持低功耗， 讀出數據后立刻斷電， 這樣可實現測試系統(tǒng)的微功耗。電源控制技術是存儲測試系統(tǒng)微功耗的關鍵技術， 而微型倒置開關是實現測試系統(tǒng)微功耗的關鍵部件.

本文設計了一種基于CPLD 的脈沖驅動、光電控制和在倒置時自動延時輸出上電控制信號的微型開關， 該技術已應用于放入式電子測壓器， 已在國家靶場的火炮膛壓測試中成功應用。

1 系統(tǒng)總體設計及實現

微型脈沖供電式光電倒置開關由光電控制模塊和CPLD 控制模塊組成， 原理框圖如圖1 所示。

圖1 中D1 是紅外發(fā)光二極管， Q1 是光敏三極管， IR 是脈沖電壓信號， ID 是光敏三極管的輸出信號， PON 是延時上電控制信號。為了降低光電倒置開關的功耗， 光電控制模塊的紅外發(fā)光二極管采用脈沖驅動方式。CPLD 控制模塊產生驅動紅外發(fā)光二極管的脈沖電壓信號， 同時產生延時上電控制信號控制存儲測試系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2 光電控制模塊設計

光電控制模塊主要由光電耦合電路及光發(fā)射-接收結構組成。光電耦合電路由紅外發(fā)光二極管、光敏三極管及限流電阻組成。光發(fā)射-接收結構內部是錐體結構， 外部是T 型結構， 小鋼球置于光發(fā)射-接收結構的內部， 小鋼球在其內部能自由活動。

光發(fā)射-接收結構的外壁上設置有透光孔， 紅外發(fā)光二極管和光電三極管光路對準相對安裝在透光孔位置， 紅外光發(fā)射與接收的方式采用直射式， 如圖2所示。

紅外發(fā)光二極管具有能耗小、響應速度快、抗干擾能力和可靠耐用等優(yōu)點。紅外發(fā)光二極管作為發(fā)射器把電信號轉換為紅外光信號， 光敏三極管作為接收器， 接收到紅外光信號再將紅外光信號轉換為電信號。在本微型開光設計過程中選用與紅外發(fā)光二極管配套的光敏三極管。

當光電開關處于倒置狀態(tài)時， 如圖2（ b） 所示，小鋼球擋住透光孔， 隔斷光路， 光敏三極管輸出低電平； 當光電開關處于正置狀態(tài)時， 如圖2（ a） 所示，小鋼球不會擋光， 紅外光路導通， 光電三極管的發(fā)射極輸出脈沖信號， 此脈沖信號與驅動發(fā)光二極管的脈沖電壓信號頻率相同， 占空比相同。

3 CPLD 控制模塊設計

復雜可編程邏輯器件CPLD 是從PAL、GAL基礎上發(fā)展起來的高密度PLD 器件， 它規(guī)模較大，可以代替幾十甚至上百通用IC 接口芯片。CPLD用于系統(tǒng)硬件設計中。不僅簡化電路設計， 而且可以節(jié)省電路開銷。

CPLD 控制模塊主要由受光電耦合電路控制的脈沖電壓發(fā)生電路、延時上電控制信號發(fā)生電路、時鐘電路和電源管理電路組成

4 倒置開關工作原理及時序仿真

當光電開關處于正置狀態(tài)時， 小鋼球不會擋光， 紅外光路導通， 光電三極管的發(fā)射極輸出脈沖信號， 此脈沖信號與驅動發(fā)光二極管的脈沖電壓信號頻率相同， 占空比相同， 內部信號CLR 一直給7位二進制異步計數器U6 清零， U 6 的輸出Q 為低電平， 延時上電控制信號PON 為低電平。

當光電開關處于倒置狀態(tài)時， 小鋼球擋住透光孔， 紅外光路被隔斷， 光敏三極管輸出低電平， 內部信號CLR 為低電平， 清零作用無效， 延時上電控制信號發(fā)生電路開始計時， 連續(xù)計時滿16 s 后延時上電控制信號PON 變?yōu)楦唠娖剑?該微型開關從“關”狀態(tài)進入“開”狀態(tài)， 利用延時上電控制信號的電平變化來控制測試系統(tǒng)從等待工作狀態(tài)進入全工作狀態(tài)。若小鋼球隔斷光路不能持續(xù)16 s 以上， 延時上電控制信號發(fā)生電路自動復位PON 輸出低電平， 該微型開關仍處于“關”狀態(tài)。

5 結束語

該微型倒置開關的殼體與開關各模塊之間填充有抗沖擊與振動的緩沖材料， 提高了抗沖擊與抗振動的能力。該微型倒置開關能夠在- 40 ~55℃ 的溫度范圍內正常工作， 能滿足存儲測試系統(tǒng)對耐高低溫的需求。

本文所設計的微型脈沖供電式光電倒置開關是實現存儲測試系統(tǒng)微功耗的關鍵部件， 具有微體積、微功耗、耐高低溫、抗高沖擊、抗振動和可靠性高等優(yōu)點， 該微型開關適用于各種存儲測試系統(tǒng)， 值得提倡、采用和推廣使用。