在應(yīng)用存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)， 測(cè)試系統(tǒng)通常安裝在被測(cè)體上， 由于被測(cè)體所處的環(huán)境惡劣， 對(duì)測(cè)試系統(tǒng)提出了嚴(yán)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(dòng)等。微體積的要求使得存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)電源的體積要求極為苛刻， 為此要盡可能地降低整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的功耗。例如， 火炮膛壓測(cè)試是檢測(cè)火炮系統(tǒng)性能的重要手段， 中北大學(xué)研制的放入式電子測(cè)壓器在測(cè)量火炮膛壓時(shí)， 必須隨彈藥保高溫（ + 55 ℃） 或低溫（ - 40℃） 或常溫（ + 20℃） 達(dá)48 h, 放入式電子測(cè)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(cè)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(shí)彈射擊試驗(yàn)前通過(guò)某種微型倒置開(kāi)關(guān)使電子測(cè)壓器進(jìn)入全工作狀態(tài)（ 電流小于6mA） , 在火炮膛壓測(cè)試結(jié)束后測(cè)試系統(tǒng)又自動(dòng)轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)保持狀態(tài)， 維持低功耗， 讀出數(shù)據(jù)后立刻斷電， 這樣可實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的微功耗。電源控制技術(shù)是存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)微功耗的關(guān)鍵技術(shù)， 而微型倒置開(kāi)關(guān)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)微功耗的關(guān)鍵部件.

本文設(shè)計(jì)了一種基于CPLD 的脈沖驅(qū)動(dòng)、光電控制和在倒置時(shí)自動(dòng)延時(shí)輸出上電控制信號(hào)的微型開(kāi)關(guān)， 該技術(shù)已應(yīng)用于放入式電子測(cè)壓器， 已在國(guó)家靶場(chǎng)的火炮膛壓測(cè)試中成功應(yīng)用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

微型脈沖供電式光電倒置開(kāi)關(guān)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(hào)， ID 是光敏三極管的輸出信號(hào)， PON 是延時(shí)上電控制信號(hào)。為了降低光電倒置開(kāi)關(guān)的功耗， 光電控制模塊的紅外發(fā)光二極管采用脈沖驅(qū)動(dòng)方式。CPLD 控制模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管的脈沖電壓信號(hào)， 同時(shí)產(chǎn)生延時(shí)上電控制信號(hào)控制存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2 光電控制模塊設(shè)計(jì)

光電控制模塊主要由光電耦合電路及光發(fā)射-接收結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)部是錐體結(jié)構(gòu)， 外部是T 型結(jié)構(gòu)， 小鋼球置于光發(fā)射-接收結(jié)構(gòu)的內(nèi)部， 小鋼球在其內(nèi)部能自由活動(dòng)。

光發(fā)射-接收結(jié)構(gòu)的外壁上設(shè)置有透光孔， 紅外發(fā)光二極管和光電三極管光路對(duì)準(zhǔn)相對(duì)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(yīng)速度快、抗干擾能力和可靠耐用等優(yōu)點(diǎn)。紅外發(fā)光二極管作為發(fā)射器把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為紅外光信號(hào)， 光敏三極管作為接收器， 接收到紅外光信號(hào)再將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在本微型開(kāi)光設(shè)計(jì)過(guò)程中選用與紅外發(fā)光二極管配套的光敏三極管。

當(dāng)光電開(kāi)關(guān)處于倒置狀態(tài)時(shí)， 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(dāng)光電開(kāi)關(guān)處于正置狀態(tài)時(shí)， 如圖2（ a） 所示，小鋼球不會(huì)擋光， 紅外光路導(dǎo)通， 光電三極管的發(fā)射極輸出脈沖信號(hào)， 此脈沖信號(hào)與驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的脈沖電壓信號(hào)頻率相同， 占空比相同。

3 CPLD 控制模塊設(shè)計(jì)

復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD 是從PAL、GAL基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(shè)計(jì)中。不僅簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)， 而且可以節(jié)省電路開(kāi)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(shí)上電控制信號(hào)發(fā)生電路、時(shí)鐘電路和電源管理電路組成

4 倒置開(kāi)關(guān)工作原理及時(shí)序仿真

當(dāng)光電開(kāi)關(guān)處于正置狀態(tài)時(shí)， 小鋼球不會(huì)擋光， 紅外光路導(dǎo)通， 光電三極管的發(fā)射極輸出脈沖信號(hào)， 此脈沖信號(hào)與驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的脈沖電壓信號(hào)頻率相同， 占空比相同， 內(nèi)部信號(hào)CLR 一直給7位二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器U6 清零， U 6 的輸出Q 為低電平， 延時(shí)上電控制信號(hào)PON 為低電平。

當(dāng)光電開(kāi)關(guān)處于倒置狀態(tài)時(shí)， 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(nèi)部信號(hào)CLR 為低電平， 清零作用無(wú)效， 延時(shí)上電控制信號(hào)發(fā)生電路開(kāi)始計(jì)時(shí)， 連續(xù)計(jì)時(shí)滿16 s 后延時(shí)上電控制信號(hào)PON 變?yōu)楦唠娖剑?該微型開(kāi)關(guān)從“關(guān)”狀態(tài)進(jìn)入“開(kāi)”狀態(tài)， 利用延時(shí)上電控制信號(hào)的電平變化來(lái)控制測(cè)試系統(tǒng)從等待工作狀態(tài)進(jìn)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(shí)上電控制信號(hào)發(fā)生電路自動(dòng)復(fù)位PON 輸出低電平， 該微型開(kāi)關(guān)仍處于“關(guān)”狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

該微型倒置開(kāi)關(guān)的殼體與開(kāi)關(guān)各模塊之間填充有抗沖擊與振動(dòng)的緩沖材料， 提高了抗沖擊與抗振動(dòng)的能力。該微型倒置開(kāi)關(guān)能夠在- 40 ~55℃ 的溫度范圍內(nèi)正常工作， 能滿足存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)耐高低溫的需求。

本文所設(shè)計(jì)的微型脈沖供電式光電倒置開(kāi)關(guān)是實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)微功耗的關(guān)鍵部件， 具有微體積、微功耗、耐高低溫、抗高沖擊、抗振動(dòng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)， 該微型開(kāi)關(guān)適用于各種存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)， 值得提倡、采用和推廣使用。