一种基于CPLD实现功率可控的测试装置的制作方法

一种基于cpld实现功率可控的测试装置
技术领域
1.本实用新型涉及智能变电站手持设备领域，特别涉及一种基于cpld实现功率可控的测试装置。


背景技术：

2.随着变电站智能化、网络化的发展，变电站中具备光网口的二次设备越来越多，针对变电站光网口设备进行测试的便携式设备也应运而生。二次设备逐渐网络化，使得测试设备可以集成更多的测试功能，因此测试设备智能化、便携化、小型化成为了发展趋势。特别是手持测试设备，采用锂电池供电，携带方便，可实现移动检修和调试，不依赖现场电源，环境适应能力强，受到广大用户推崇。
3.然而，此类采用锂电池供电的手持测试设备，由于测试光网口耗电量大，导致测试设备正常工作时间短成为短板，给现场的测试及检修工作带来极大的不便。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种基于cpld实现功率可控的测试装置，解决了现有便携式测试设备耗电量大和工作时间短的技术问题。
5.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种基于cpld实现功率可控的测试装置，包括电源、中央处理器、clpd可编程逻辑器件、至少一个以太网phy芯片和至少一个光模块，所述以太网phy芯片的数量和所述光模块的数量相同，且所有所述以太网phy芯片与所有所述光模块一一对应；
7.所述电源分别与所述clpd可编程逻辑器件和每个所述以太网phy芯片电连接，所述clpd可编程逻辑器件还分别与所述中央处理器、每个所述以太网phy芯片和每个所述光模块电连接，每个所述以太网phy芯片还均与所述中央处理器电连接。
8.本实用新型的有益效果是：电源为clpd可编程逻辑器件和至少一个以太网phy芯片直接供电，通过cpld可编程逻辑器件分别为中央处理器(cpu)和至少一个光模块间接供电；一方面，cpld可编程逻辑器件分别与每个光模块和每个以太网phy芯片互连，实现以太网phy芯片与光模块之间的串接侦听，通过串接侦听链路信息，来对每个光模块的发送使能进行控制，使其在非工作状态时进入低功耗状态，可以有效节省功耗；另一方面，中央处理器的底层接口分别与每个以太网phy芯片互连，还与cpld可编程逻辑器件进行交互，可以接收cpld可编程逻辑器件所上报的目前每个以太网phy芯片中光网口的状态，在光网口的状态为非工作状态时，中央处理器可以自发进入低功耗状态，进一步降低整个测试装置的功耗；
9.本实用新型的基于cpld实现功率可控的测试装置，通过引入一个cpld可编程逻辑器件的代价换来cpu和多光模块进入低功耗模式，实现整个装置的功率可控，显著节省了功耗，能有效延长待机使用时间，解决了现有手持测试装置功耗高和待机使用时间短的致命问题。
10.在上述技术方案的基础上，本实用新型还有如下改进：
11.进一步：所述电源包括锂电池和电源管理电路，所述锂电池通过所述电源管理电路分别与所述clpd可编程逻辑器件和每个所述以太网phy芯片电连接。
12.上述进一步技术方案的有益效果是：通过上述结构的电源，实现对锂电池的供电管理，为测试装置中各部件分配所需的工作电压，保证测试装置的正常运行。
13.进一步：所述基于cpld实现功率可控的测试装置还包括一个第一开关控制电路；
14.所述锂电池依次通过所述电源管理电路和所述第一开关控制电路分别所述clpd可编程逻辑器件和每个所述以太网phy芯片电连接。
15.上述进一步技术方案的有益效果是：通过在电源与cpld可编程逻辑器件之间引入第一开关控制电路，第一开关控制电路分别与clpd可编程逻辑器件和每个以太网phy芯片电连接，可以基于cpld实现同时对各以太网phy芯片的供电与断电的控制，即实现对各以太网phy芯片的选通供电，在任一个或多个以太网phy芯片处于非工作状态时，直接进入所有以太网phy芯片的断电状态，停止对所有以太网phy芯片的供电，进一步起到功率控制的作用，从而进一步降低功耗和延长待机使用时间。
16.进一步：所述第一开关控制电路包括第一电阻r1、第二电阻r2和第一三极管q1；
17.所述第一三极管q1的发射极与所述电源管理电路电连接，所述第一三极管q1的基极通过所述第一电阻r1与所述clpd可编程逻辑器件电连接，所述第一三极管q1的集电极通过所述第二电阻r2分别与每个所述以太网phy芯片电连接。
18.进一步：所述第一三极管q1具体为pnp型三极管。
19.上述进一步技术方案的有益效果是：利用第一开关控制电路中第一三极管q1的开关作用，顺利实现各以太网phy芯片的供电与断电的同时控制，简单易行，硬件成本低。
20.进一步：所述基于cpld实现功率可控的测试装置还包括至少一个第二开关控制电路，所述第二开关控制电路的数量和所述以太网phy芯片的数量相同，且所有所述第二开关控制电路与所有所述以太网phy芯片一一对应；
21.每个所述第二开关控制电路均分别与所述电源管理电路和所述clpd可编程逻辑器件电连接，每个所述第二开关控制电路还与对应的所述以太网phy芯片电连接。
22.上述进一步技术方案的有益效果是：通过在电源与cpld可编程逻辑器件之间引入与每个以太网phy芯片对应的第二开关控制电路，每个第二开关控制电路均分别与clpd可编程逻辑器件和对应的以太网phy芯片电连接，可以基于cpld实现对各以太网phy芯片的供电与断电的独立控制，即独立实现对各以太网phy芯片的选通供电，在任一个以太网phy芯片处于非工作状态时，直接进入该以太网phy芯片的断电状态，进一步起到功率控制的作用，从而进一步降低功耗和延长待机使用时间。
23.进一步：每个所述第二开关控制电路均包括第三电阻r3、第四电阻r4和第二三极管q2；
24.在每个所述第二开关控制电路中，所述第二三极管q2的发射极与所述电源管理电路电连接，所述第二三极管q2的基极通过对应的所述第三电阻r3与所述clpd可编程逻辑器件电连接，所述第二三极管q2的集电极通过对应的所述第四电阻r4与对应的所述以太网phy芯片电连接。
25.进一步：每个所述第二三极管q2均具体为pnp型三极管。
26.上述进一步技术方案的有益效果是：利用每个第二开关控制电路中第二三极管q2的开关作用，顺利实现各以太网phy芯片的供电与断电的独立控制，简单易行，硬件成本低。
27.进一步：所述以太网phy芯片的数量和所述光模块的数量均为3。
28.进一步：所述基于cpld实现功率可控的测试装置还包括设有人机交互界面的显示器，所述显示器与所述中央处理器电连接。
29.上述进一步技术方案的有益效果是：通过人机交互界面的显示器，可以实现cpu底层的报文发送与接收，同时在cpu进入低功耗状态时，也控制显示器进入省电模式，显著降低整个测试装置的功耗。
附图说明
30.图1为本实用新型实施例一中一种基于cpld实现功率可控的测试装置的结构示意图；
31.图2为本实用新型实施例一中另一种基于cpld实现功率可控的测试装置的结构示意图；
32.图3为本实用新型实施例二中一种基于cpld实现功率可控的测试装置的结构示意图；
33.图4为本实用新型实施例二中第一开关控制电路的结构示意图；
34.图5为本实用新型实施例三中一种基于cpld实现功率可控的测试装置的结构示意图；
35.图6为本实用新型实施例三中第一开关控制电路的结构示意图。
具体实施方式
36.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
37.下面结合附图，对本实用新型进行说明。
38.实施例一、如图1所示，一种基于cpld实现功率可控的测试装置，包括电源、中央处理器、clpd可编程逻辑器件、至少一个以太网phy芯片和至少一个光模块，所述以太网phy芯片的数量和所述光模块的数量相同，且所有所述以太网phy芯片与所有所述光模块一一对应；
39.所述电源分别与所述clpd可编程逻辑器件和每个所述以太网phy芯片电连接，所述clpd可编程逻辑器件还分别与所述中央处理器、每个所述以太网phy芯片和每个所述光模块电连接，每个所述以太网phy芯片还均与所述中央处理器电连接。
40.本实施例基于cpld实现功率可控的测试装置的工作原理为：
41.电源为clpd可编程逻辑器件和至少一个以太网phy芯片直接供电，通过cpld可编程逻辑器件分别为中央处理器(cpu)和至少一个光模块间接供电；一方面，cpld可编程逻辑器件分别与每个光模块和每个以太网phy芯片互连，实现以太网phy芯片与光模块之间的串接侦听，通过串接侦听链路信息，来对每个光模块的发送使能进行控制，使其在非工作状态时进入低功耗状态，可以有效节省功耗；另一方面，中央处理器的底层接口分别与每个以太网phy芯片互连，还与cpld可编程逻辑器件进行交互，可以接收cpld可编程逻辑器件所上报
的目前每个以太网phy芯片中光网口的状态，在光网口的状态为非工作状态时，中央处理器可以自发进入低功耗状态，进一步降低整个测试装置的功耗。
42.本实施例的基于cpld实现功率可控的测试装置，通过引入一个cpld可编程逻辑器件的代价换来cpu和多光模块进入低功耗模式，实现整个装置的功率可控，显著节省了功耗，能有效延长待机使用时间，解决了现有手持测试装置功耗高和待机使用时间短的致命问题。
43.cpld可编程逻辑器件(complex programmable logic device，复杂可编程逻辑器件)，是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数值集成电路，其借助于现有的集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等生成相应的目标文件。本实施例可以根据实际情况选用现有的cpld芯片型号，例如xilinx公司的xc9572vqgp44a型号的cpld芯片。
44.以太网phy(physical layer，物理层)芯片，指与外部信号接口的芯片，定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。本实施例可以根据实际情况选用现有的以太网phy芯片型号，例如realtek公司的rtl808型号的phy芯片。
45.光模块有光电子器件、功能电路和光接口等组成，是进行光电转换和电光转换的光电子器件，光模块的发送端将电信号转换光信号，接收端将光信号转换为电信号。本实施例可以根据实际情况选用现有的光模块型号，例如华为公司的sfp-ge-t型号的光模块。
46.具体地，本实施例的中央处理器cpu选用stm32系列的单片机，以太网phy芯片的数量和光模块的数量可以根据实际情况进行选择和调整，本实施例中这二者的数量均为3，每个以太网phy芯片以及每个光模块的型号可以相同，也可以不同。
47.优选地，如图2所示，所述电源包括锂电池和电源管理电路，所述锂电池通过所述电源管理电路分别与所述clpd可编程逻辑器件和每个所述以太网phy芯片电连接。
48.通过上述结构的电源，实现对锂电池的供电管理，为测试装置中各部件分配所需的工作电压，保证测试装置的正常运行。
49.实施例二、如图3所示，在实施例一的基础上，所述基于cpld实现功率可控的测试装置还包括一个第一开关控制电路；
50.所述锂电池依次通过所述电源管理电路和所述第一开关控制电路分别所述clpd可编程逻辑器件和每个所述以太网phy芯片电连接。
51.通过在电源与cpld可编程逻辑器件之间引入第一开关控制电路，第一开关控制电路分别与clpd可编程逻辑器件和每个以太网phy芯片电连接，可以基于cpld实现同时对各以太网phy芯片的供电与断电的控制(后续简称为同时控制模式)，即实现对各以太网phy芯片的选通供电，在任一个或多个以太网phy芯片处于非工作状态时，直接进入所有以太网phy芯片的断电状态，停止对所有以太网phy芯片的供电，进一步起到功率控制的作用，从而进一步降低功耗和延长待机使用时间。
52.优选地，如图4所示，所述第一开关控制电路包括第一电阻r1、第二电阻r2和第一三极管q1；
53.所述第一三极管q1的发射极与所述电源管理电路电连接，所述第一三极管q1的基极通过所述第一电阻r1与所述clpd可编程逻辑器件电连接，所述第一三极管q1的集电极通过所述第二电阻r2分别与每个所述以太网phy芯片电连接。
54.具体地，所述第一三极管q1具体为pnp型三极管。
55.利用第一开关控制电路中第一三极管q1的开关作用，顺利实现各以太网phy芯片的供电与断电的同时控制，简单易行，硬件成本低。
56.实施例三、如图5所示，在实施例一的基础上，所述基于cpld实现功率可控的测试装置还包括至少一个第二开关控制电路，所述第二开关控制电路的数量和所述以太网phy芯片的数量相同，且所有所述第二开关控制电路与所有所述以太网phy芯片一一对应；
57.每个所述第二开关控制电路均分别与所述电源管理电路和所述clpd可编程逻辑器件电连接，每个所述第二开关控制电路还与对应的所述以太网phy芯片电连接。
58.通过在电源与cpld可编程逻辑器件之间引入与每个以太网phy芯片对应的第二开关控制电路，每个第二开关控制电路均分别与clpd可编程逻辑器件和对应的以太网phy芯片电连接，可以基于cpld实现对各以太网phy芯片的供电与断电的独立控制(后续简称为独立控制模式)，即独立实现对各以太网phy芯片的选通供电，在任一个以太网phy芯片处于非工作状态时，直接进入该以太网phy芯片的断电状态，进一步起到功率控制的作用，从而进一步降低功耗和延长待机使用时间。
59.优选地，如图6所示，每个所述第二开关控制电路均包括第三电阻r3、第四电阻r4和第二三极管q2；
60.在每个所述第二开关控制电路中，所述第二三极管q2的发射极与所述电源管理电路电连接，所述第二三极管q2的基极通过对应的所述第三电阻r3与所述clpd可编程逻辑器件电连接，所述第二三极管q2的集电极通过对应的所述第四电阻r4与对应的所述以太网phy芯片电连接。
61.具体地，每个所述第二三极管q2均具体为pnp型三极管。
62.利用每个第二开关控制电路中第二三极管q2的开关作用，顺利实现各以太网phy芯片的供电与断电的独立控制，简单易行，硬件成本低。其中，图6为其中一个第二开关控制电路的结构图，其他第二开关控制电路与此相同，此处不再列举。
63.需要说明的是，本实施例中同时控制模式和独立控制模式，均可以实现本实施例中低功耗的需求，两种模式根据实际需要选用。
64.具体地，两种模式中的pnp型三极管均可以选用mmbt3906型号的三极管，两个模式中各电阻的规格分别如图4和图6所示。其中，各第二开关控制电路中的pnp型三极管可以选用相同型号，也可以选用不同型号。
65.实施例四、如图2至图6所示，在前述实施例的基础上，所述基于cpld实现功率可控的测试装置还包括设有人机交互界面的显示器，所述显示器与所述中央处理器电连接。
66.通过人机交互界面的显示器，可以实现cpu底层的报文发送与接收，同时在cpu进入低功耗状态时，也控制显示器进入省电模式，显著降低整个测试装置的功耗。
67.具体地，本实施例中的显示器为液晶显示屏，其规格型号可以根据实际情况选择。
68.在本实施例中，每个光模块均分为接收单元和发送单元。在每个光模块中，接收单元一直正常工作，将光信号转换成电信号rx_los和rx_dv。rx_los表示有无光信号标志，rx_dv表示是否为以太网信号标记。
69.对于任一个光模块，cpld可编程逻辑器件监测该光模块发送过来的rx_los和rx_dv信号。(1)如果rx_los无效，表示接收端没有光信号，那么cpld可编程逻辑器件控制该光
模块进入低功耗模式；(2)如果rx_los有效，但是rx_dv信号无效，表示非以太网报文光信号，同样也由cpld可编程逻辑器件控制该光模块进入低功耗模式。(3)如果rx_los和rx_dv都有效，cpld可编程逻辑器件控制该光模块处于正常工作模式。
70.如若该光模块判为正常工作模式，cpld可编程逻辑器件给该光模块发送单元发送tx_vld有效信号，让其正常工作；cpld可编程逻辑器件给cpu发送正常工作信号，cpu正常工作。对于独立控制模式，cpld可编程逻辑器件控制该光模块对应的以太网phy芯片所对应的第二开关控制电路，cpld可编程逻辑器件给该第二开关控制电路中第二三极管q2的基极以低电平，第二三极管q2导通，该第二开关控制电路闭合，给其对应的以太网phy芯片正常供电，使其处于正常工作状态。对于同时控制模式，cpld可编程逻辑器件控制第一开关控制电路，cpld可编程逻辑器件给该第一开关控制电路中第一三极管q1的基极以低电平，第一三极管q1导通，第一开关控制电路闭合，同时给3个以太网phy芯片正常供电，使3个以太网phy芯片处于正常工作状态。
71.如若该光模块判为低功耗模式，cpld可编程逻辑器件给该光模块发送tx_vld无效信号，让其进入非工作模式，即低功耗状态；cpld可编程逻辑器件给cpu发送非正常工作信号，cpu控制液晶显示屏进入睡眠状态，自身随即进入低功耗状态。对于独立控制模式，cpld可编程逻辑器件给该光模块对应的以太网phy芯片所对应的第二开关控制电路中第二三极管q2的基极以高电平，控制对应的第二开关控制电路断开，即断开对应的以太网phy芯片的供电，使该对应的以太网phy芯片处于断电非工作状态。对于同时控制模式，则cpld可编程逻辑器件给第一开关控制电路中第一三极管q1的基极以高电平，控制第一开关控制电路断开，3个以太网phy芯片均处于断电非工作状态。
72.在低功耗模式(或非工作状态)中，对于独立控制模式，当3个以太网phy芯片均处于断电非工作状态时，仅cpld可编程逻辑器件、正常供电的以太网phy芯片及其光模块的接收单元处于工作状态，而对于同时控制模式，3个以太网phy芯片也均处于断电非工作状态，仅cpld可编程逻辑器件和光模块的接收单元处于工作状态，这两者都是小功耗单元；液晶显示屏、cpu、3个以太网phy芯片、3个光模块的发送单元均处于低功耗状态。当前的功耗值极为优化，大大提高了测试装置的待机使用时间。
73.需要说明的是，本实用新型中cpu所执行的功能、cpld可编程逻辑器件的功能以及各以太网phy芯片的功能和各光模块的功能中涉及到的计算机程序均为现有技术，本实用新型只针对测试装置的硬件结构进行改进，不涉及计算机程序的改进。
74.本实施例与现有技术相比具备以下有益效果：
75.(1)通过引入一个cpld的代价换来cpu、多phy、多光模块进入低功耗模式，节省功耗是显而易见的。与传统的fpga相比，cpld具有更低功耗的优点，cpld在整个电路为核心控制芯片，其一直处于工作状态，因其工作功耗低，对设备整体功耗影响不大。
76.(2)cpu是整个设备中功耗最大部分，因cpld与cpu交互，告知光网口进入非工作状态，cpu自发进入低功耗状态，同时也能控制液晶屏进入省电模式，节省功耗立竿见影。
77.(3)3个phy芯片也是功耗的重要根源，cpld根据光网口的工作状态来控制第一开关控制电路或各第二开关控制电路，对3个phy芯片进行供电或断电。如光网口处于非工作状态，phy芯片处于断电状态，大大减小了功耗。
78.(4)本实施例未采用cpld对3个光模块进行供电或断电的控制，是因为若3个光模
块断电，将导致无法实时监测光模块是否收到光，还需周期性供电来启动光模块进行监测，操作比较繁琐。另外，光模块的功耗主要体现在发送部分，接收部分的功耗较低。因此，本实用新型改用cpld控制光模块发送部分，而让接收部分一直正常工作，可持续监测光信号来判断工作模式，用最简单的方式来控制光模块的功耗，进而实现更简单的功率可控。
79.读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
80.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
81.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。