天线、接收电路及解码电路的检测方法及电路 【技术领域】
本发明涉及一种列车运行控制设备的检测方法及设备，特别是一种列车运行车载控制设备的动态检测方法及设备。
背景技术
应答器传输模块(BTM-Balise Transmission Module)是中国列车运行控制系统(CTCS-Chinese Train Control System)车载设备中的重要组成部分，其通过车载双工天线发送27.095MHz的能量信号，给应答器提供工作所需的射频能量，接收应答器上传的4.234MHz的编码数据，并将该数据进行解码后发送给列车运行控制系统的安全计算机。应答器传输模块作为安全设备，按“故障导向安全”的原则设计、运行。应答器传输模块天线的连接状况、性能参数的在线检测，接收电路及解码通道的动态检测，及在基础上形成的对应保护、诊断机制对于控车系统的安全运行至关重要。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种天线、接收电路及解码电路的检测方法及电路，要解决的技术问题是提高控车系统的安全性。
本发明采用以下技术方案：一种天线、接收电路及解码电路的检测方法，包括以下步骤：一、启动功率驱动和功率放大电路，天线检测电路给双工天线提供直流电压，启动双工天线内的信号产生电路产生数据信号，通过多谐振荡形成FSK调制信号，耦合到双工天线上，发射功率载波信号；二、双工隔离电路将从双工天线上接收到的FSK调制信号经滤波、FSK解调后一路进行DSP解码，还原BCH编码的原始数据，用于中央处理器检测接收、解调及解码电路的性能；另一路进行载波强度的检测，FSK调制载波信号经过FSK解调放大后送入中央处理器进行AD采样，中央处理器对采样的结果用于载波强度指示；三、中央处理器根据对DSP解码检测的结果和载波强度检测的结果，向发射控制电路发出电平信号，发射控制电路根据该电平信号的高低，决定是否开启功率驱动和功率放大电路，该电平信号为高时开启功率驱动和功率放大电路，反之则关闭该电路。
本发明的方法功率驱动和功率放大电路启动后，双工天线向空中发射功率载波，功率检测电路同时对正向功率和反向功率进行检测，正向功率和反向功率分别通过比较电路跟限定值进行比较，超过该限定值为异常；当异常时，比较电路输出高电平，向发射控制电路发出电平开关信号，通过发射控制电路关闭发射机；电流取样电路的输出反馈给功率放大电路，控制发射机电流，对发射机形成保护。
本发明的方法天线检测电路给双工天线提供8V直流电压，启动双工天线内的信号产生电路产生564.48kHz的数据信号。
本发明的方法MCU对DSP解码检测的结果为按照BCH码解码规则，在还原BCH编码的原始数据过程中，对不符合BCH编码规则的数据进行的统计，超过或低于相应的值形成的高低电平控制信号。
本发明的方法MCU根据采样的载波强度指示进行比较，超过或低于相应的门限值形成的高低电平控制信号。
一种天线、接收电路及解码电路的检测电路，设置有顺序连接的双工天线、天线检测和隔离部分、功率放大和控制部分，载波强度检测和解码部分分别连接天线检测和隔离部分、功率放大和控制部分。
本发明的载波强度检测和解码部分设有中央处理器，带通滤波电路接收天线检测和隔离部分的信号，滤波后送入频移键控解调电路进行频移键控解调，解调后的信号一路经数字信号处理解码电路至中央处理器，另一路经载波强度检测电路至中央处理器。
本发明的双工天线内置有信号产生电路，信号产生电路通过射频电缆与双工隔离电路连接，信号产生电路将预先编码过的BCH编码格式的数据信号通过其内置的线圈耦合到双工天线。
本发明的天线检测和隔离部分设置有天线检测电路和双工隔离电路，天线检测电路通过双工隔离电路给信号产生电路提供低于24V的直流电源。
本发明的功率放大和控制部分设有功率驱动与发射控制电路、功率放大电路、电流取样电路、比较放大电路和功率检测电路；功率驱动电路和功率放大电路组成两级功率放大电路，产生射频功率输出经过双工隔离电路向信号产生电路输出；功率检测电路对功率放大电路的输出功率耦合取样，检测功率放大电路的正向及反向功率，采用检波方式将其转换成直流电平，将该电平发送到发射控制电路，通过发射控制电路对功率驱动电路进行控制；电流取样电路通过对末级功率放大电路的电流取样，将其转换成取样电压经放大后送到比较放大电路，通过比较放大后产生一个与末级功率放大电流相反地电压，用该电压去控制功率放大电路的偏置，对末级功率放大电路的工作电流进行限制。
本发明与现有技术相比，采用载波强度检测和解码电路，能够在线检测天线的开路、短路及天线性能参数变化，检测接收及解码通道性能的好坏，基于天线在线检测、接收及解码电路动态检测的故障诊断，电路自动保护机制使得发射机时刻处在保护状态下，不致因天线失配而烧坏器件，提高控车系统的安全性。
【附图说明】
图1是本发明实施例的电路框图。
图2是本发明实施例的双工天线信号产生部分的电路原理图。
图3是本发明实施例的天线检测电路部分的电路原理图。
图4是本发明实施例的功率检测、双工隔离部分的电路原理图。
图5是本发明实施例的带通滤波、FSK解调部分的电路原理图。
图6是本发明实施例的载波强度检测部分的电路原理图。
图7是本发明实施例的MCU部分的电路原理图。
图8是本发明实施例的DSP解码部分的电路原理图。
图9是本发明实施例的功率驱动与发射控制、功率放大、电流取样电路原理图。
图10是本发明实施例的比较放大电路原理图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。如图1所示，本发明的天线、接收电路及解码电路的检测电路，设置有顺序连接的双工天线、天线检测和隔离部分、功率放大和控制部分，载波强度检测和解码部分分别连接天线检测和隔离部分、功率放大和控制部分。
载波强度检测和解码部分设有中央处理器MCU，带通滤波电路接收天线检测和隔离部分的双工隔离电路的信号，滤波后送入频移键控FSK解调电路进行FSK解调，解调后的信号一路经数字信号处理DSP解码电路至MCU，另一路经载波强度检测电路至MCU。
功率放大和控制部分设有功率驱动和发射控制电路、功率放大电路、电流取样电路、放大比较电路、功率检测电路。
天线检测和隔离部分设置有天线检测电路和双工隔离电路。
双工天线内置有信号产生电路，信号产生电路通过射频电缆与双工隔离电路连接。
由功率驱动电路和功率放大电路组成两级功率放大电路，产生射频功率输出。放大后的信号经过双工隔离电路向信号产生电路输出。天线检测电路通过双工隔离电路给信号产生电路提供低于24V的直流电源。信号产生电路将预先编码过的BCH编码格式的数据信号通过其内置的线圈耦合到双工天线。
功率检测电路对功率放大电路的输出功率耦合取样，检测功率放大电路的正向及反向功率，采用检波方式将其转换成直流电平，将该电平发送到发射控制电路，通过发射控制电路对功率驱动电路进行控制，以保证是在输出功率正常状态下来开启功率驱动。电流取样电路通过对末级功率放大电路的电流取样，将其转换成取样电压经放大后送到比较放大电路，通过比较放大后产生一个与末级功率放大电流相反的电压，用该电压去控制功率放大电路的偏置，对末级功率放大电路的工作电流进行限制，达到通过功率驱动电路对功率放大电路的闭环控制，有效的避免因天线失配而引起的发射机电流过大。
信号产生电路的编码数据信号经双工隔离电路，进入带通滤波电路，然后送入FSK解调电路，FSK解调后的信号分成两路，一路进行载波强度检测，通过载波强度检测，判断天线接收性能的好坏。一路送入DSP解码电路进行解码，通过对信号进行解码，统计接收、解调通道的误码率，MCU判断及动态检测接收及解码电路的优劣。
MCU根据功率检测、载波强度检测、解码误码率的统计，形成对应的控制发射电路的策略，对功率驱动及放大进行控制、保护，并将这一系列状态在MCU形成状态信息，供故障诊断之用。
如图2所示，印刷电路PCB线圈的一端经过并联的第1电感L1和第11电容C11与第7电容C7、第8电容C8、第27电容C27所组成的并联电路相连，并联电路的另一端接地，同时通过第9电容C9、第10电容C10、第28电容C28组成的并联电路与第3开关管Q3的漏极相连，第3开关管Q3的漏极和源极间并联有第6电阻R6。PCB线圈的另一端经过并联的第2电感L2和第12电容C12与第15电容C15、第16电容C16、第58电容C58所组成的并联电路相连，并联电路的另一端接地，同时通过第13电容C13、第14电容C14、第57电容C57组成的并联电路与第4开关管Q4的源极相连，第4开关管Q4的漏极和源极间并联有第7电阻R7。第3开关管Q3的源极和第4开关管Q4的漏极通过第56电容C56接地，上述电路组成多谐振荡回路。外部输入的数据DATA是564.48kHz的BCH编码数据，通过对称连接在R6和R7两端的Q3、Q4改变多谐振荡回路的输出频率。当Q3、Q4导通时，PCB线圈输出3.951MHz的信号，Q3、Q4截止时，PCB线圈输出4.516MHz信号，此FSK信号耦合到双工天线上。
如图3所示，第7MOS管V7源极接地，漏极通过第11电阻R11与第1三极管V1的基极相连，+24V接第1三极管V1发射极并通过并联的第1电容C1、第2电容C2、第17电容C17接地，第1三极管V1的集电极通过第12电阻R12、第13电阻R13、第14电阻R14组成的并联电路与第6电源变换芯片N6输入端1相连，第6电源变换芯片N6输入端1通过第3电容C3接地，第6电源变换芯片N6的输出端3经第20二极管V20接到第31电容C31、第2电感L2组成的并联谐振回路，并联谐振回路的另一端接天线检测端，为双工天线内置的信号产生电路提供直流工作电源，第6电源变换芯片N6的输出端3还通过第100电容C100接地。+5V直流电源接第1电源变换芯片N1的输入端1并通过并联的第8电容C8、第4电容C4接地，第1电源变换芯片N1输出端3通过第4电阻R4接第14三极管V14的发射极并通过第9电容C9接地，第14三极管V14集电极通过串联的第9电阻R9、第8二极管V8接到第31电容C31、第2电感L2组成的并联谐振回路，第14三极管V14集电极还通过第99电容C99接地，第14三极管V14发射极和基极间接有第15电阻R15。第3三极管V3的基极通过串联的第1电阻R1、第3电阻R3接+5V，集电极通过第16电阻R16接第14三极管V14的基极，发射极接地。第9二极管V9正极接第3电阻R3与第1电阻R1之间的连接点，负极接第7MOS管V7漏极。当自检控制为高电平时，V7、V1导通，N6工作，输出8V的电压；V8、V20起保护作用。C31、L2组成的并联谐振回路，抑制高频信号。天线检测端输出8V的电压，经双工隔离电路从射频电缆馈到图2双工天线信号产生部分的电路的VCC端。
如图4所示，反向功率检测及双工隔离电路有两部分功能：一是对27.095MHz、4.234MHz的信号进行隔离；二是进行反向功率的检测。第4线圈L4耦合到的双工天线电缆馈线上的信号经第10二极管V10整流，再进行滤波、分压，送给第2比较器D2，第2比较器D2输出一路直接给发射控制电路，一路再次分压后经反向功率信号PWR_N给MCU。双工隔离电路包含有：第41电容C41一端接载波检测和解码电路、另一端通过顺序串联的第25电感L25、第15电感L15、第16电感L16、第17电感L17与双工天线电缆馈线相连，第41电容C41与第25电感L25连接点通过第93电容C93接地，第25电感L25与第15电感L15连接点通过第96电容C96接地，第15电感L15与第16电感L16连接点通过并联的第63电容C63、第64电容C64接地，第16电感L16与第17电感L17连接点通过第65电容C65接地，作用是抑制27.095MHz信号，允许双工天线上行的4.234MHz信号通过，并把4.234MHz信号送给载波检测和解码。
第4线圈L4的2端接第4可调电阻RP4，第4可调电阻RP4另一端通过第17电阻R17接地，组成信号取样电路，通过耦合方式从双工天线电缆馈线上进行信号取样。
第10二极管V10、第23电阻R23、第143电容C143、第144电容C144、第94电阻R94共同组成整流电路。第4线圈L4的1端接第10二极管V10，第10二极管V10另一端通过第96电阻R96接第2比较器D2的1脚同时通过并联的第143电容C143、第144电容C144、第23电阻R23接地，取样信号通过第2比较器D2抑制干扰信号。第2比较器D2输出一路给发射控制电路，一路再次分压后经PWR_N给MCU。
如图5所示，来自双工隔离电路的FSK信号经依次串联的第1电容C1、第1电阻R1、第2电阻R2、第1电感L1、第2电容C2、第3电感L3、第5电容C5、第4电容C4、第4电感L4、第6电阻R6、第7电阻R7、第10电容C10、第9电容C9、第15电容C15后送入第1三极管Q1的基极，经过第1三极管Q1放大后从集电极输出通过依次串联的第20电容C20、第12电感L12、第13电感L13、第21电容C21后送入FSK解调芯片U1进行FSK解调，U1输出差分基带信号PIN10、PIN11和载波强度信号PIN12。PIN10、PIN11直接送入DSP解码电路进行解码。FSK解调芯片U1采用MC13055D。
如图6所示，FSK解调芯片U1输出的载波强度信号PIN12经过由第2A运算放大器U2A、第2B运算放大器U2B串接组成的两级放大电路，再经过滞回比较器U3A后送往MCU进行载波强度的采样。MCU根据载波的强度通过发射控制电路进行相应的控制。
如图7所示，MCU采用C8051F020或C8051F022。载波信号PIN12、反向功率信号PWR_N、正向功率信号PWR_P并列进入MCU自带的AD采样控制器。根据DSP解码和载波检测形成的控制信号通过DAC1对发射控制电路进行相应的控制。
如图8所示，DSP采用TMS320C55。FSK解调后的信号进入到数字信号处理器DSP，DSP对该信号进行解码。
如图9所示，功率放大电路完成对前级信号进行放大，以产生足够的射频输出功率。功率放大部分设有第130场效应管V130、第131场效应管V131，第136电容C136、第138电容C138、第135电感L135构成T型级间匹配电路，连接V130的漏极、V131的栅极，第131场效应管V131的输出信号通过由第134电容C134、第135电容C135、第134电感L134组成的π型匹配网络，将第131场效应管V131的输出阻抗匹配到50欧姆，π型匹配网络还可对高次谐波进行一定的抑制。两级放大器的工作状态和增益可以根据实际情况加以控制和调整。第130电阻R130两端的端点A、B分别接往放大比较电路中的差分放大器的输入端A、B。
电流取样、放大电路通过对末级功率放大器的工作电流取样，产生一个正比于工作电流的电压输出。当末级功率放大器的工作电流变化时，连接在V131漏极的第130电阻R130两端的电压会产生一个电压变量ΔU，该电压变量ΔU送差分放大器放大。
控制信号CV，来自MCU的DAC1、功率检测电路的发射控制端、放大比较电路的VOUT，通过调节第131场效应管V131的静态工作点，调节功率放大倍数、控制发射与否，当CV信号为零电平时，V131关断。
如图10所示，放大比较电路包括两部分：差分放大电路和比较放大电路。差分放大电路由第150运算放大器N150、连接反相输入端的第150电阻R150、连接反相输入端与输出端之间的第151电阻R151、连接同相输入端的第153电阻R153组成。
比较放大电路包括第151运算放大器N151、连接反相输入端与输出端之间的第152电阻R152、连接反相输入端的第154电阻R154。N151的反相输入端经R154接N150的输出端，N151的输出端经第155电阻R155接V131的栅极，即VOUT接控制信号CV。
在本实施例中，自动功率调整、末级功放电流限制是这样实现的：接在末级功率放大器V131漏极支路上的第130电阻R130对漏极电流取样，R130两端的电压被差分放大器N150放大后送比较放大电路，正比于末级功放工作电流的取样输入电压加到差分放大器N150输入端，当电流增加时，取样输入电压增加，此时差放输出电压上升，导致运算放大器N151的输出电压下降。用该电压去控制末级功放管V131的偏置CV，迫使其工作电流保持相对稳定，达到稳定输出功率的目的。同时当末级功放电流超过所设定的安全值时，比较放大器的输出电压翻转，从而关断功率放大器。
本发明的天线、接收电路及解码电路的检测方法，包括以下步骤：
一、启动功率驱动和功率放大电路，天线检测电路给双工天线提供8V直流电压，启动双工天线内的信号产生电路产生564.48kHz的数据信号，信号产生电路输出的564.48kHz的数据信号，通过多谐振荡电路，形成FSK调制信号，该信号通过耦合的方式耦合到双工天线上，发射功率载波信号，用于检测双工天线的性能。
二、双工隔离电路将从双工天线上接收到的FSK调制信号送给带通滤波电路，经滤波FSK解调后，一路进行DSP解码，还原BCH编码的原始数据，用于MCU检测接收、解调及解码电路的性能；另一路进行载波强度的检测，FSK调制载波信号经过FSK解调放大后送入MCU进行AD采样，MCU对采样的结果消除突发干扰后，用于载波强度指示。
三、MCU根据对DSP解码检测的结果和载波强度检测的结果，向发射控制电路发出电平信号，发射控制电路根据该电平信号的高低，决定是否开启功率驱动和功率放大电路，该电平信号为高时开启功率驱动和功率放大电路，反之则关闭该电路。检测的结果包括解码信道误码率统计，即DSP按照BCH码解码规则，在还原BCH编码的原始数据过程中，对不符合BCH编码规则的数据进行的统计，超过或低于相应的值形成的高低电平控制信号，MCU根据采样的载波强度指示进行比较，超过或低于相应的门限值形成的高低电平控制信号。
四、当功率驱动和功率放大电路启动后，双工天线向空中发射功率载波，功率检测电路同时对正向功率和反向功率进行检测，正向功率和反向功率分别通过比较电路跟限定值进行比较，超过该限定值为异常；当异常时，比较电路输出高电平，向发射控制电路发出电平开关信号，通过发射控制电路关闭发射机；电流取样电路的输出反馈给功率放大电路，控制发射机电流，对发射机形成保护。