УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СВЧ ДИОДОВ

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.
Известно устройство для контроля СВЧ диодов, например устройство для сравнения сигналов (патент RU 2327279), наиболее близкое к предлагаемому устройству.
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.
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.
Предлагаемой полезной моделью решается задача увеличения надежности работы устройства за счет исключения выдачи ложных сообщений о неисправности.
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.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для контроля СВЧ диодов.
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.
На фиг. 3 приведена схема преобразователя уровня.
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.
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.
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».
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.
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.
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.
Устройство для контроля СВЧ диодов работает следующим образом.
На микросхему 25 от ЭВМ (не показана) подается тестовый сигнал. При этом в режиме функционального контроля СВЧ напряжение не включается.
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.
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.
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.
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.