欧洲标准应答器设备电路设计的安全性及可靠性研究.pdf
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11 0025 1 2 (LE L]) (BTM ) 1 C H N E S E R A | LW A YS 2 0 1006 1 ( 1 ) 2 7 ( 2)地 面应 答器通 过接 收车载 天线 发 出的能量工 作 ，所以应答 器必 须是低 功耗设备 ( 3)地 面应答 器具 有定位 功能 ，其地 面应答 器上 传通 道 的 电磁感 应 强度 及应 答 器传 输模 块 通过 车 载天 线发出的磁场强度严格I~ P ． N在标准规定范围内应答器 需 处于符合标 准规 定 的场强 中方 可启动工作 ；抑 制车载 天线磁场旁瓣区磁场强度或在B T M接收应答器信息时识 别 、剔除 ( 或忽 略 )天线磁场旁瓣 区激发产生 的应答器 信息 ( 4)L E U 为有源应答器提供可变信息 ，应答器报 文采取透明传输原则，所以对于传输延迟时问有一定要 求 ( 5)车载 天线是 一个全 双T 天线 ，既 向地 面应答 器发送能量 ，同时接收地面应答器上传的报文信息 ( 6)应 答 器 传 输 模 块 是 列控 车载 系 统 的组 成 部 分 ，应具有 白检测和白诊断功能 ，同时应可以接收命令 控制天线的工作状态 。
( 7) 应 答器 传输模 块对 地面信 息 的处理应 具有 实 时性 ．2 8 ． 准应答器设备 电路 设计的安全性及可靠性研 究 田海燕 3 应答器设备的硬件实现 3 ． 1 无源应答器 根据标准要求 ，天线与应答器问是通过磁耦合完成 能量信号和数据信号的传输在应答器设计中，使用环 绕应答器的大面积线圈作为电感以达到磁耦合功能当 天线经过应 答器时 ，通 过磁通路发送 能量给应答器 ，应 答器依靠接 收到 的能量 开始 工作 ，通过磁 通路给天线发 送数据 在 数据上传过程 中 ，若 出现 串扰现象是非 常危 险的 串扰 是指应答器 的发送功率太强 ，发送 的数据被 安全距离以外的天线接收到，并且把这个数据传输给车 载计算机必须禁止串扰 ，禁止功能由应答器完成 上传过程由应答器产生的磁场变化完成，磁场变化 由大面积线 圈中的 电流变化 产生 ，所 以限定输 出功率 即 限定线 圈中电流的变化 范同 在设计 中运用 器件 的非 线性特性进行保 护 电路 的设 计应答器接收到天线发送的能量信号 ，由整流电路产 生工作电流，随着天线的接近，接收到的能量信号功率 逐渐增 加 ，] 二 作 电流也逐渐增加 。
当工作 电流超 过限定 值 时 ，保 护 电路等 效成为一个非线 性 电阻对工作 电流进 行分 流 随着接 收功率 的增加 ，保 护 电路 等效 的电阻值 减小 ，分掉增加的电流这样应答器发送的最高功率限 定在 了一定范 围之 内无源应答器原理框 图见图2 图2 无源应答器原理框图 3 2 有源应答器 有源应答器的接收能量电路和上传数据电路与无源 应答器是共用的，同样设计了保护电路 ，大大减少器件 的使用 ，提高了设备的安全性和可靠性 当列 车 经 过有 源 应答 器 时 ，应 答 器传 输 L E U 送 给 景 | 羲 兽 C HI NE S ER AI L W AY S 2 0 1 0 ／ 0 6 的报文 ，如果L E U 设备出现故障，应答器将上传默认报 文 ，这是应答 器标准 巾涉及安 全 的一 项规定 设 计 巾使 用 一种断 码检查 电路 判断 L E U 故 障 当L E U 与传 输通 道 正常T作 时 ，断码检 查 电路 会输 变化 的电平 ，应 答器 有 源部分 的核 心芯 片接 收到这 个变化 电平就 可以正 常T 作 ；若L E U或传输 通道 } } J 现故 障 ，该 电路会输 出稳定 不 变的电平 ，核心 片根据这一电平判断为故障，不再接 tI ~ L E U的信息 ，同时将这一信息发送给无源部分的核心 芯片 ，当列 车经过 时只会发送 已存 的默认报 文 。
有 源应 答器原理框 图见图3 3． 3 B T M B T M按照功 能分为 电源单元 、功放 单元 、接 收及解 码单元 电源单 元给各单 元进行 供 电 ，功放单元 发送 能 量信号 给车载天 线 ，接 收及解码 单元接 收应答器 上传 的 数据并 进行解调 、解码 ，然后发 送给车 载计算机 各功 能单元 之间_芙系框 图见图4 5 ． 5 ． 1 电源 单 元 电源单 元将 机 车上 的 l 1 0 V 直流 电 变化 成为 2 4 v,f H 5 v 直 流电 ，再 南各单元 的电源部分变换 为需 要的工作 电 源 ，这 些电源部分也属于 电源单元 功能 B T M既有 发送能 量和接 收数据 的模拟信 号 ，也 有和 车载计算机通信用的数字信号，所以设计了独立的数字 电源和模拟 电源 ，降低 模拟 电路 和数 字 电路 问 的互 相影 响 从 安全性 考虑 ，电源单元 设计 了监督报 警 电路 ，当 外部供 电或 电源 电路存 存异 常时 ，电源单元 向车载计算 机发送 报警信 息 ，关 断部分 电源输 山 ，也可 以接 收计 算 机 的命令关断 电源输 出。
3 ． 5 ． 2功放 单 元 功放单元属于执行类 电路 ，采用单套] _ 作方式 其与车 载天线 间使 用单根 电缆 完成能量 信号和数 据信号 的传输 功放T作 在单一 同定频 率 ，使 钟振作 为时钟 源 ，并设 计多级 调理 电路 以提 高信号输 出质量及频 率稳 定度 在信 号 放 大 电路 中使用 高频 大 功 率场 效 应管 ， 设计 三 级 放大 电路 和适 度 的 负 反馈 ，提 高整 体 电路 的 稳 定 性 放 大 电路 后 的匹 配 网络 设 计 为窄 带 方 式 ，在 2 7 ． 0 9 5 MHz 频率下输 ⋯阻抗为5 0 Q，其输出端 口对于 4 ． 2 3 M H z 频率信号呈高阻 ，降低 接收信号 的衰减 出 于安 全性 考虑 ，功 放 单 元 中设 计 有 自动增 益 凋 C一| ～E s E R A／ L WA YS 2 0 1 o o 6 ． 苎； 图3 有源应答器原理框图 图4 B T M结构 框 图 整 电路 ，当放 大 电路 发生漂 移时可 自动调整输 ⋯增益 ， 将输 出功率 限制在一 定范 围 内，防止因功率 过大发生 串 扰 。
同时还设计 驻波检 佥 电路 ，当负载严重 失常或功放 单元输出严重失常时给车载计算机发送报警信息功放 单 元 巾设 计控制 电路 ，可 以南车载计算 机控制功放 单元 的工作 3 ． 5 ． 5 接收及解码 单元 接收电路和解码电路属于采集处理类功能电路 ，设 计成 双套 工作方式 ，提 高电路 的安全性 接收 电路 采集 应答器上传 的数据信号 ，放大调整后使用F P G A ； 片进 行 解调 ，大幅减少 器件 的使用数量 ，有效 提高 电路 可靠 性 ，简化凋试过程在数据信号放大过程中提取信号强 一2 9— 度信息，作为车载天线经过应答器的指示设计中将强 度信息一级放大后做A ／ D 转换，减少中间环节，提高稳 定性 接收单元设计有报警／ 控制电路当接收单元工作发 生故障时会给计算机发送报警信息 ，计算机也可控制接 收单元 的工作 为提 高电路稳定性 ，在报 警／ 控制电路 中 专门设计电平转换电路，实现模拟信号和数字信号问的 缓 冲防护解码单元 属于采集处理类 电路 ，因此设计 双 套工作 以提高安全性和可靠性 3 ． 4 车载天线与传输电缆 车载天线使用磁耦合方式与传输电缆连接 ，具有发 送能量 、接收上传数据和自检等功能。
由于车载天线要 通过能量信 号和数据信 号两个不 同的频 率 ，所 以使用 两 个天线线 圈对应不 同频率 的信号 车 载天线结构框 图见 图5 为 了提 高天线 的安全性 和可靠性 ，在设 计 中用 于发 送能量的磁耦合通路使用串联谐振方式天线工作频率 2 7 ． 0 9 5 MH z ，阻抗为5 0 n ，当天线外 部条件变化时 ，天 线阻抗变大 ，输 出的能量信 号不会增大 天 线 内部设计 检测 电路 ，该 电路可 以由B T M直接控制 ，方便 车载计算 机对 天线功 能测试 传输 电缆使用标准5 0 Q的双屏蔽同轴 电缆 ，可以 减小噪声对传输通道的影响 ，同时，5 0 n传输电缆便于 弯曲 ，在对外接 口时可 以直接连接 ，提高可靠性 和可用 性 3． 5 L E U L E U 按 功能可 以分为 电源单 元 、处理 单元 、功 放单 元和采集单元与B T M 类似，电源单元提供各单元的供 电 ，使 用双套 电源提 高安全性和可靠性 ；处理单元 的处 理器 芯片使用双套工 作方式和仲裁 芯片 ，提高设备 的安 图5 车载天线结构框 图 全性 ；功放单元属于执行类电路，单套工作 ；采集单元 中的采集类电路使用双套电路 ，提高安全性。
当各单元 发生故 障时 ，设计有报警电路向核心单元提供报警信 息 4 结束语 铁 路相关产 品在 设计 中必须遵 守安全 、可靠 的设计 原则随着我国铁路的高速发展和C T C S 体系的建立，应 答器相关设 备将发挥 重要 、巨大 的作用 ，在这个 大的背 景下 ，应答器设备 的安全性和可靠性尤为重要 [ 1 ] [ 2 ] [ 5 】 [ 4 ] [ 5 】 一3 O一 6 ] 7 ] 参考文献 S U B S E T --0 5 6 --v 2 41 ， 2 0 0 7， 9 S U B S E T --0 8 5 --v 2 2 2， 2 0 0 7， 1 1 钟 苏，刘守 义． 高频 电子技术[ M 】 ． 西安 ：西安 电子 科 大 出版 社 ，2 0 0 7 戴维斯 ． 射频 电路 设计一 电子 与 电气工程 丛 书[ M ] ． 李福 乐，译 ．北京 ：机械工业出版社，2 0 0 5 J o s e p h J ． C a r t ． S e c r e t s o f R F C ir c u i t D e s i g n ， T h i r d E d it io n [ M 】 ． 北京 ：电子工业出版社 ，2 0 0 1 W i ll ia m s T ． 电路设 计技术 与技巧( 第二版 )[ M ] ．周玉 坤 ，译 ．北京： 电子工业 出版社 ，2 0 0 6 N i l l s o n J W，E i e d e l S A ． 电路 ( 第八版)【 M 】 ． 周玉坤 ， 译 ．北京 ： 电子工业 出版祉 ，2 0 0 8 责任编辑陈晓云 收稿 日期2 0 1 0 -0 4 - 2 2 ： 毫 氅 墨 cH l NE SE R A ／ L H ／AY S 2 01 O ， O 8 。
