微功耗电子时间引信的研究

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1、华东工程学院学报一 九八四年第三期微功耗电子时间引信的研究林考主仰张一于之?二?四教研室?研 究微功耗电子 时间引信电路的必要性与可能性电? ? 时间引信是近 儿年才发展 起来的引信新品种,已具有计时精度 高和能在仓八呈堆放条件进行性能检验的优点,是一种性能优良的引信,世界各国都十分爪 视。美国在 研 制? ? ?引? ? 过程中,成功地 研制了? ? 半导体存储器,从而实破了 断、匕存储这 个难题。这种存储器具有电写 入、读出、改写简单,和断电存储功能?是 理 想的引信用存 储 器件。然而,它 只与? ?技术兼容,其计时线路功耗较大需要有较 大功率的电源供电。并要求电源快速激活,否 则,电源

2、激活时间的散布会完全淹没引信高精度的优点。我 国?存储管的制造技术己经突破,但电源制造还未得圆满解决。因此,就提出了能否川电容 器电源或后座发电机供电的问题。从理论?讲,这是完全可行的,关键 在 于研制微 功耗电计时线路。目前美国正在研制 由后座电机供电的? ? 电子时 间引信,其全作用时 间为?尔秒。后座电机系脉冲电源。仅发射瞬间向储能电容充电,所以电源功率是微弱的,由它供给? ?计时电路很难持续工作?沁秒,美国一定已研制出能与此类电源相适 应的微功耗计时电路。后座电机是物理电源,已平时不带电?安全性 好,储存寿命长、激 话 时 间短?在? ?毫秒以内?,所以是理想的 电 自讨间 引信匕 源

3、。对它的研究国内也在着手进 了行,?取份一定哗展,这就提 出一? 研究能与它相 适 应的微 功耗电子引信线 路的任务。实现微功耗的最理 想器件是?集成线 路,因为任何? ?器件都足山两只互补 场效应管对组 成的,它 工作时,总是一只导 通、另一只截止,流 过 器件的只是漏电流,这样就大大地降低了器件的静态功耗。现以两种 器件为例说明? ?计时 电 路的静态功耗。?普通? ?集成 电路,其双?触发器 的静态 漏 电流 约少于? ? 毫微 安?。一般的与非门也是这个值。电子 时间引信的计时 电路 约 由? ?只双?触发器和?只 与非门组成,线 路的静态总电流约? ?人?协?。?手表用?集成线路,指

4、针式手表平均工作电流少于?卜?。这个电流主要消耗在步进电机拉侧电路二,它接近斗?。引信计时电 路里没有步进 电机,所以整个 线路 的平均电流少于?卜?也完全可以实现的。,?,?年?月? 日收生,】?引信电源若用?。郎?的电容储能,平均电流?卜?,供电时间?阅秒。供电期间电容?。?,? 一,二二? 菇 甩压田父,毛值么?。二, 言?二气砂?一火? ? ?一?伏。如果电源的初始电压? ?伏,终了电气 ?矛,、? ,的万麟压即为?伏。当 电源电压在? ?伏变动时,综上所述,?计时电路是完全可以适引信线路是完全可行的。另外采用亡狱?器件做到下列几点? ?线路是完全可以稳定工作的。黑举择心护?器件研制微

5、功耗既满足了微功耗要求,又可?省去? ?存储管,避免采用? ?技术,减少全线路的 功耗?可以把微功率电源后座 电机应用到引信上来,解决了 电源的难题,满足了精度上要求,丰富了引信研制的技术途径。当然,研制成功的? ?计时电路咚具有五列性能?一。应具有与带? ? 存储管的?。弓的计时电路柏同的工作性能,可以电写入、读出与重写,读出时不应破坏装定数据?对装定信息应可以进行核对,全部操作时间要短。?自介内?还有从?集成技术考虑,线路应不带或少带电容器。线路单元选择与方案设计按照对引信提出要求,对各单元选择如下?一、振荡器不管采用后座 电机还是电容电源都得用电容器储电,电容器在发射前装定操作时就充上电

6、荷,此时振荡器也就起振了,起振时间长短只影响装本操作时间,而不影响计时精度,战 选用那种振荡器都可 以。石英振荡器除耐冲击性能,起振时间较长外,电压,佩度稳定性都很好,频率相对误差在? ?以下,所以在耐冲击性能和允许有较长操作时 间时,宜 选用石英振荡器。在要求操作时间短和耐冲击高时,宜选用多谐振荡器。关犷这些方面文章?里已经讨论,这里 不再赘述。二、分频与计数为了工作可靠,分频 与计数都可采用?触发器。其差别在?几前者只带?端,后者带?,?端。为了尽量减少管子采用手 表三态 门正跳变?触生器。三、写 入、读出 与求补过程、才,装定信息的写 入采用 串行送 数方法实现,装定信息存放在分频器里。

7、分频器 经 与门和计数器并行相接。信息读出由与非 门的选通脉 冲控 制,所以既 可置 数,又不破坏分频器的存储状态。补码可以由装定器求出,也可以由引信自身求得。由引信线路求补时,装定的是原码,反码从分撰器的?。输出即可。如装 定为? ? ?它的反码输出为。? ? ?,迭 通脉冲 加入后,与门输出端送入?的信息为? ?,此信?息、把计数器置于。? ?状态。即获 得 了装 定数的反码。而?触发器是正跃变的。第十七个脉冲才 址零。此时,第五级?触发器才变“? ?”, 若从第一?一五级以“?”输出,那末就可用反码代替补码 了。四、远 距离充电控制信号与充电电路为 了保证弹道完全,发火 电容应在爆炸前数

8、秒才充电。通常此时间选定为?秒。爆炸前秒控制充 电信号,可 通 过与门来获得。如时基为。?秒,对?,?。尹?。?产求逻辑乘,即得爆炸前?、?秒控制信号,用它就可接通充电电路。充 电开 关 电路如图?所示。在非门输出“?”时,充电开关输出为?伏,发火 电容?被旁路,引信是安全的。而当控 制信号 为“?”,非门输出“?”?对,充电开关输出 为电源电压,它通过两极管向电容?。充电?充电完毕后就能起爆电雷管。?的作用是防止非门跃变至“?”时,再次把?旁路。五、控制电路控制电路由装定门、校验门,控制用?触发器、窄脉冲发生器和喻。仁?六? 愧息。图?安全 充 电电路与门组 成。?号窄脉冲的作用是将装定信息

9、读入计数器?或反 码?。?号窄脉冲是控 制?触发器 翻转,打开校验门。“当计数满了”时,第?、?计数器输出为“?”,将控制用?触发器复位,关闭校验门。而?、,二自身又由接通清。脉冲或第四号窄脉冲复位。?号窄脉冲的作用是计数 器重 新置数,?号窄脉冲是分频器复零。完成上述时序动作后,引信已完成装定、校验操作,其总时 间一般不 大 于。?秒。发射后,启动计时门,即可计时并引爆雷管。六、输入、输出接口为了实现单线传输装定 与校验信息,采 用 了三 个三 态 门组 成接口,其线 路如图?所示。接口电路的工作 原理 如下。在 非校验状态时,三态门? ?、?处于高阻态,而?为普通 反相器状态。当数据线 为

10、“?”,经 三态 门?和反相 的输出也为“?”,故打开装定门,送入装定信息。当校 验时,校验输出 为“?”,三 态 门?处于高阻 态,而 三 态门?、?为反相器状态,所以校验信号经皿和数据线 送 出校验信息。即数据线既可送 入装定信息,又 可送出校验信息,实现 了单线传输。三态 门? ?的功用是,当有校验脉冲出现 在数据线上时,不但三 态门工处于高阻 态,而 且 由?将装定输出可靠地置零。七、装定器接 头的结构简图与抗 千扰的实现装定器接头的结构如图?所 示。其外环 为地线,内芯 为 电源 正极线?。 。,装 定线为中环。装定时,插入 引信内。中环将引信上装定 线与地断开。电源 线向储能电容充

11、电,装完线送 入装定信息,输出校验信息,完成校验功能。抗干扰由?。电路实现。装定时?为“?”,装定通?亘打开,计时时,?为“?” ,将装定通道 封锁。计时时的?。为“?“,由?反?实现。一?一粉珍愉入定装输出、尸?图?输入、输出接口八、启动计时机构发射后的启动计时,靠惯性开关实现。关于惯性开关设计这 里从略。九、线路图与时序逻辑图利用上述单元,组成引信线路如图?所示。其功能毋需鳌述。? ? ? ? ?“? ? ? ? ? ? ? 藻藻藻藻藻藻藻藻藻藻藻? ? ? ? ? 沐丫 、人么丫冲、叼叼叼 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

12、 ? ? 苍苍苍苍苍苍苍苍苍苍苍苍苍苍苍苍、蜷叁逸、? ? ? ? ? ? ?双夸兵洲? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?夕夕夕翼?又 狱蛛蛛? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?丈丈丈不协又又火共,图?装定 器接头 与引信头?抗干扰电路一?一一一?弃弃弃弃弃弃弃弃控控控控控控控控控控 制制 接接接接? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?口口口口口口口口口口口口口口口口振振振振振振振振振振振振振振振振? ? ? ? ?执,? ?

13、? 荡荡荡荡? 分嗽嗽嗽? 计教教教教教行 坎坎器器器器器器器器器器器器器器器器器器器器器器器冷冷刀刀? ? ?并并图?引信线 路图线路的日古序逻辑如图?所 示丁、 一工装定膝冲分鼓璐物入几 ? ?习弓窄脉冲?吞炎 数脉冲?,十教 器被?数于。,状态刀触发跃升?一一 ?几?一”毅“入速“抓,?勿满了时攀?扫个计故件?号窄脉 冲丈校较及?新块数冷号窄称冲?分效忍复位,一一一?发射及 】怡动升时图?时序逻辑图?线路方案的实验结果上述设计的可行性必须用实验来检验。鉴于手头器件,线路略有变动。为了简化起见,分频、计数仅用了四级。接口电路由于没有三态门,没有进行实验。为了便于判定线路工作,读入为原码。装

14、定脉冲由单脉冲发生器产 生。记录仪器用? ? 存储示波器。此仪器一次可同时记忆三个波形,并拍成相片。其结果 汇集如下?一、装定脉冲与?号窄脉冲二、?号窄脉冲与随后产生的?号窄脉冲号窄脉冲?几?日?号窄脓冲装定珠冲一图?装定脉冲与?号窄脉 冲三、?号窄脉冲发生 与控制用?触发器 翻转四、?触发器翻转,校验信号进入计数器波形图?号与?,号 窄琳冲号窄脉冲?触发器输出一?一一?号窄称冲 图?号窄脉冲与控制用?触发器正跃变波形图? 且上姗。?一一厂几。“碗图?触发器波形图与校验脉冲波形图五、?号窄脉冲触发,?,关闭所 得控制?触发器输出波形?触发器输出校脸脉冲号窄脉冲图? ?控制?触 发 器输出的校验

15、方波六、装定脉冲、校验脉冲与进入计数器的时基信号几土竺一丝校脸愉出?亚一?丁屯?韭?一川装定的入图? ?装完、校验、时基信号图 韭?陇 工一进入分烦器脉冲败校 脸偷出脉冲数厂? ? 一、?脉冲图?装定输入与校验输出脉冲数图图? ?说明装定进入脉冲数与校验输出脉冲数近似为?。证明装定、校验可靠。上面实验所得的波形图,完全证实了时序逻辑,说明线路原理 方案是可行 的。对微功耗电子时间引信路线方案的评价线路方案具有以下功能?一、提出的?电子 引信线路,除 发火 电容外?其总?作电流少 于?林?,二、该线 路在装定、校验时能 对充电开关 电路,执行 级以外的个部线 路进行功能校验。通过检验可以剔除故障引信。所以具 有? ?引信线 路相近的 功能。而几它 应用 后座 电机或电容器 电源供电,就这一点说,它比? ? 优 越。三、可以电写 入、电读出。读出时不 会破坏存储 信息。四、实验结果表明,逻辑设计是正确的,原理方案是可行的。五、设计了抗干扰接口,引信装 定有较高的稳定性。但是该线 路只经初步调试,矛盾未能充分暴露。目前尚存在着以下缺点?一、窄脉冲发生器系?型单稳态能触发器,它 体积、功耗都嫌 大?二、装定前分频器事先未作检查,无法 判定它 的功能?三、调试中控制用?触发器的翻转有不可靠 现象。装定、校验脉冲数之和不 为?个。产生此现象原因可能是触发器不复零,也