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【知识科普】1553B数据总线的测试方法

2019-07-09 17:46:31 融融网阅读量:13

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1553B总线通讯协议的来源与现行标准


1553B总线是MIL-STD-1553总线的简称,其中B就是BUS,MIL-STD-1553总线是飞机内部时分制命令/响应式多路复用数据总线。1553B总线能挂31个远置终端,1553B总线采用指令/响应型通信协议,它有三种终端类型:总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监视器(BM);信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、广播方式和系统控制方式;传输媒介为屏蔽双绞线,1553B总线耦合方式有直接耦合和变压器耦合;1553B总线为多冗余度总线型拓扑结构,具有双向传输特性,其传输速度为1MBps传输方式为半双工方式,采用曼彻斯特码进行编码传输。采用这种编码方式是因为适用于变压器耦合,由于直接耦合不利于终端故障隔离,会因为一个终端故障而造成整个总线网络的完全瘫痪,所以其协议中明确指出不推荐使用直接耦合方式。

在20世纪60年代以前,飞机机载电子系统没有标准的通用数据通道,各个电子设备单元之间连接往往需要大量的电缆。随着机载电子系统的不断复杂化,这种通信方式所用的电缆将会占用很大的空间和重量,而且对传输线的定义和测试也较为复杂,费用较高。

为了解决这一问题,美国SAE A2K委员会在军方和工业界的支持下于1968年决定开发标准的信号多路传输系统,并于1973年公布了MIL-STD-1553标准。1973年的1553B多路传输数据总线成为了未来军机将采用的技术,它取代了在传感器、计算机、指示器和其他飞机设备间传递数据的庞大设备,大大减少了飞机重量,并且使用简单、灵活,此标准的修订本于1978年公布,即MIL-STD-1553标准。

1980年,美国空军又对该标准作了局部修改和补充。该标准作为美国国防部武器系统集成和标准化管理的基础之一,被广泛的用于飞机综合航电系统、外挂物管理与集成系统,并逐步扩展到飞行控制等系统及坦克、舰船、航天等领域。它最初由美国空军用于飞机航空电子系统,目前已广泛应用于美国和欧洲海、陆、空三军,而且正在成为一种国际标准。我国于1987年颁布了相应的军标GJB289-87《数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线》,并于1997年颁布了新的替换版本GJB289A-97。

关于1553B数据总线产品的测试,国内标准为GJB5186.5-2004 数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线测试方法,国际标准为SAE AS 4115(TEST PLAN FOR THE DIGITAL TIMEDIVISION COMMAND/RESPONSE MULTIPLEX DATA BUS SYSTEM)中有详细定义。

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MIL-STD-1553B总线标准已广泛用于飞机综合航电系统,装甲车辆综合电子系统,舰船综合电子系统等航空、航天、船舶、兵器、电子等领域。


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1553B数据总线产品组成



1553B产品组成如下图所示:

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1553B产品测试的必要性


  1. 1553B总线以其可靠性著称,具有“一网盖三军”的地位,广泛应用于卫星、火箭、导弹、飞机、舰船、特种车辆以及以及测试设备等领域,其应用领域的特殊性要求其使用的电缆网络必须经过严格和科学的检测;

  2. 由于1553B总线电缆网加工难度大,而且大多采用人工方式加工生产,故其质量受人为因素影响比较大,必须采用严格和科学的检测手段对其进行测试,以保证出厂成品的质量可靠性和一致性;

  3. 1553B总线电缆网以组成部件种类繁杂(包括线缆、耦合器、终端电阻、连接插头等),数量较多(一套电缆可多达32个节点,包含数十个部件)。电缆网的这种复杂结构组成要求其必须经过严格和科学的检测,方可装配到目标系统。


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1553B数据总线产品测试原理



目前市场上测试1553B数据总线产品的设备很多,其原理大致相同。如下图所示:

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一般的1553B测试设备都是通过模拟1553B总线收发器,在32组线缆中(32组测试通道中任意形式的组合)完成1553B数据的传输。

工控机为装有1553B系统软件的PC,它通过专用软件控制1553B板卡,分别模拟总线控制器和远程终端。由1553B板卡向1553B多路复用器发送符合MIL-STD-1553B协议的数据包;工控机同时控制1553B多路复用器,分别控制指定待测端导通,使得总线中的一个子线得到数据包输入,另外一个子线输出给示波器来观察波形,然后工控机读取示波器中的数据,由专业软件工具分析1553B总线测试结果,同时输出标准的测试文档(含测试数据)。

测试标准一般参考GJB289A《数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线》、GJB5186.5-2004 《数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线测试方法》以及SAE AS 4115(TEST PLAN FOR THE DIGITAL TIMEDIVISION COMMAND/RESPONSE MULTIPLEX DATA BUS SYSTEM)进行。

上述三份标准对1553B总线电缆网络的测试进行了标准化,参考标准,下面对采用变压器耦合方式的1553B电缆网络的波形过零点畸变、波形畸变以及波形对称性等三项特性的测试原理进行阐述。


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波形过零点畸变特性测量原理


1553B总线电缆网络的波形过零点畸变特性(用Zcross表示)衡量的是标准的1553B激励信号经过1553B总线电缆网络后的波形的任意两个相邻过零点的实测时间间隔值相对于理想过零点间隔值的偏差程度。理想情况下,1553B波形信号只有2.0us、1.5us、1.0us和0.5us四种过零点间隔值。

波形过零点畸变特性的测试原理为:首先利用信号激励源逐个向被测的1553B总线电缆网络的各个端点加载峰峰值电压为27.0V、上升沿和下降沿时间范围为300±30ns、包含有2.0us、1.5us、1.0us和0.5us四种过零点间隔、过零点偏差绝对值小于10ns的1553B激励信号,然后逐个选择1553B总线电缆网络的其它端点作为测量点,利用采样率不低于1G/s的信号采集设备(如高精度示波器)进行测量,分别记录各端点的过零点间隔值,再与理想的过零点间隔值进行比较,计算出过零点偏差值。

根据GJB5186.5-2004的规定,零点偏差的绝对值需不大于125ns,若实测值全部位于此范围以内,则判定被测电缆的波形过零点畸变特性合格,否则,判定为不合格。


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波形畸变特性测量原理


1553B总线电缆网络的波形畸变特性(用Vmin表示)衡量的是标准的1553B激励信号经过1553B总线电缆网络后的每一数据位或同步头的正或负波形电平值与最小门限电平的偏差程度,其具体定义如图所示。

波形畸变特性的测试原理为:首先利用信号激励源逐个向被测总线网络各个端点加载峰峰值电压为18.0V、波形畸变峰值不大于90mV、上升沿和下降沿时间范围为100±20ns、消息指令字的奇校验位和数据字的最高位数值均应为‘1’的1553B激励信号,然后逐个选择1553B总线电缆网络的其它端点作为测量点,利用幅度分辨率不大于1mV的信号采集设备进行测量,分别记录各端点数据位或同步头波形的正或负波形电平值。

根据GJB5186.5-2004的规定,数据位或同步头波形的正或负波形电平值应该大于660mV,若实测值全部位于此范围以内,则判定被测电缆的波形畸变特性合格,否则,判定为不合格。

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波形对称特性测量原理

1553B总线电缆网络的波形对称特性(用RtZero表示)衡量的是标准的1553B激励信号经过1553B总线电缆网络后波形尾部残余电压与标准最小电压阈值的偏差程度,实际测量的是1553B消息最后一个数据字奇偶校验位的中间过零点时刻后的2.5us时刻的电压幅度,其具体定义如图所示。

波形对称特性的测试原理为:首先利用信号激励源逐个向被测总线网络各个端点加载尾部残余电压小于25mV、峰峰值电压为27.0V、每个消息带有32个数据字而且消息间的最小间隔为1ms、消息中各个数据字具有相同的位模式(0x8000、0x7FFF、0x0、0x5555、0xAAAA、0xFFFF)的1553B激励信号,然后逐个选择1553B总线电缆网络的其它端点作为测量点,利用幅度分辨率不大于0.1mV的信号采集设备进行测量,分别记录各端点1553B消息最后一个数据字奇偶校验位的中间过零点开始2.5us时刻的电压幅度值。Vr应小于37.5mV。

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文字:王哲


责编、制图:王思洋

校审:郭征坤

监制:王丙义、张诚铭

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