CN104485981B - 一种1394中继器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于信息通信技术，涉及一种1394中继器，该1394中继器设计方法，包括1394总线接口、物理层电路、电源电路、复位电路、时钟电路、壳体的设计；1394总线接口包括信号隔离、速率模式选择、连接器、测试接口。其中物理层包括器件选型、电路设计；电源电路包括输入电源滤波、输出保护、隔离。该1394中继器提供总线信号中继功能，实现了高速率长距离的有效传输。
Description
技术领域
本发明属于信息通信技术，涉及一种1394中继器。
背景技术
目前，1394信号线缆采用四芯同轴电缆，集成两对差分线。在常温(25℃)协议要求损耗不大于6dB条件下，以22#线为例，在23米时损耗为5.4533dB，超过23米信号将损耗超标，不能达到通信要求。
所以，现有的1394总线连接方式无法满足长距离的1394信号传输。而随着技术的不断发展，1394传输速率也随之大幅度的提高，高速率的数据传输必将引起传输距离的缩短，更加无法满足长距离传输的通信要求。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种1394中继器，该1394中继器提供总线信号中继功能，实现了高速率长距离的有效传输。
本发明的解决方案是：
该1394中继器包括总线接口，至少两个中继功能单元，与中继功能单元数量相同的测试设备接口，用于向中继功能单元提供稳定电源的电源电路，所述中继功能单元包括物理层电路、时钟电路、复位电路和信号收发端，其中一个信号收发端与测试设备接口连接，其他两个信号收发端与总线接口连接，复位电路用于对物理层电路进行上电复位，时钟电路用于对物理层电路进行时钟配置；所述物理层电路一端与电源电路连接，另一端与信号收发端连接；所述物理层电路包括用于接收发送数据比特流并为1394总线提供电气接口的芯片和阻抗匹配网络。
上述物理层电路另一端通过耦合无源变压器与1394总线接口连接，耦合无源变压器用于驱动物理层电路发出和1394总线输入的信号，同时用于隔离物理层电路故障和1394总线故障的相互传递。
上述电源电路包括电源接口和电源模块，电源接口向电源模块提供两路相同的电源，电源模块用于选择两路电源中正常工作的一路向中继功能单元供电。
上述芯片输入速率和输出速率可选，输入速率和输出速率相同或不同；输入速率、输出速率可选为100Mbps、200Mbps、400Mbps；芯片输出1394信号的工作模式可选为Bilingual或Beta。
上述电源模块由输入或门选择单元、尖峰浪涌抑制单元、过压浪涌钳位单元、辅助电源、储能单元、控制单元、掉电监控单元和功率转换单元。
本发明的优点是：
本设计提供的1394中继器设计采用工作模式配置引脚预留电阻跳线配置，通过在管脚上预留的上拉电阻和下拉电阻进行配置，实现不同速率的中继，使中继器具有多种传输速率模式和配置能力，可根据具体情况配置所需要的模式。
采用1394信号通过辫接方式引出到壳体外部连接器上解决了对于不同连接器的需求，外部独立连接器供实际需要选择，接触件与线缆的连接方式为适应恶劣环境条件选用压接式。
通过中继功能单元扩展，中继器可以独立转发四余度1394总线信号，覆盖目前现有最复杂的1394机载总线网络所有测试需求。
通过对每个中继节点的第3个端口使用引出，实现了对于测试设备的连接，便于调试和综合验证时与测试设备连接测试接口，增加中继器的可测试性和灵活性。
附图说明
图1是本发明的中继功能单元图；
图2是本发明的结构功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地表述。显然，所表述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
1394中继器包括总线接口，总线接口包括信号隔离、速率模式选择、连接器、测试接口；至少两个中继功能单元，与中继功能单元数量相同的测试设备接口，用于向中继功能单元提供稳定电源的电源电路，中继功能单元包括物理层电路、时钟电路、复位电路和信号收发端，其中一个信号收发端与测试设备接口连接，其他两个信号收发端与总线接口连接，复位电路用于对物理层电路进行上电复位，时钟电路用于对物理层电路进行时钟配置；物理层电路一端与电源电路连接，另一端与信号收发端连接；所述物理层电路包括用于接收发送数据比特流并为1394总线提供电气接口的芯片和阻抗匹配网络。
其中物理层包括器件选型、电路设计。其中电源电路包括输入电源滤波、输出保护、隔离。
所述1394总线接口，用于信号隔离，配置端口速率模式，连接器的选择和测试接口的设置。1394总线信号采用变压器耦合方式通过辫接方式引出到连接器，在PCB布线时，将1394总线信号的阻抗控制在110欧左右。从而实现信号的隔离。中继器具有S100(传输速率100Mbps)、S200(传输速率200Mbps)、S400(传输速率400Mbps)传输速率模式和配置能力。端口速率模式的选择通过在管脚上预留的上拉电阻和下拉电阻进行配置。中继器选用MIL-DLT-38999 3系列壳体连接器，连接器的接触件8#Quadrax型接触件，外部连接器可根据用户需求更换。每个中继器提供一条独立的总线通讯中继，中继器将提供三个端口，将第三个端口引出作为测试接口。
所述物理层电路，用于接收、发送数据比特流，为总线提供了电气、机械接口。针对信号品质符合SAE AS5643/1的规定并符合IEEE-1394B协议。
1394总线信号采用变压器耦合方式，提供Bilingual或Beta端口，端口模式可配置。1394总线信号通过辫接方式引出到连接器。电路设计参考前期验证阶段需通过电气信号测试，并对物理层接口处进行特殊处理，保证PHY芯片能够正常工作。为了满足设计要求，物理层芯片的三个状态引脚TPBIAS0、TPBIAS1、TPBIAS2用电阻上拉，1394B接口，速率兼容S100/S200/S400，Beta模式。
所述电源电路，用于电压转换为中继器提供可靠安全的电源支持。中继器供电的电源模块采用两路独立、不关联的28V直流源。电源模块将机上的28V DC转换成机器内部使用的+5V直流电源供电，电源模块由输入或门选择单元、尖峰浪涌抑制单元、过压浪涌钳位单元、辅助电源、储能单元、控制单元、掉电监控单元、+5V DC功率转换单元等功能单元组成。主要包括：
正常工作电压：22V～29V；
a.非正常工作电压：20V～31.5V；
b.应急工作电压：17V～29V；
c.转换工作特性：当输入电源稳态超过17.5V，在40ms内二次电源建立。
PS部分主要达到的指标包括：
a.输入直流电压额定值：28V；
b.输入直流电压变化范围：17V～32V；
c.额定直流输出：+5V/3A；
d.输出电压稳定度：Sv≤1％；
e.输出负载稳定度：Si≤2％；
f.输出电压范围：
——+5V：(5.1V±0.1V)@6A，(4.95V～5.1V)@3A；
g.输出纹波电压峰-峰值：
——+5V：VP-P≤50mV；
h.电源效率：≥0.75。
两路输入电源需经过滤波进入中继器，以消除电磁干扰的影响。滤波需考虑的中继器内部的频率点1394总线基频：49.152MHz。
电源需设有输出保护如总线中继器的故障，含组合故障，不会导致外部电源损坏，不会导致相连接的总线产品损坏，输入端与输出端间、输入端和电源壳体间、输出端和电源壳体之间至少要有100MΩ的绝缘电阻，该项测试是在不加电静态测试下进行的。总线中继器能够防止电源瞬态，电源瞬态符合国军标181A。过压保护要与反馈和调节控制电路隔离，彼此无关。在故障源消除后，所有输出必须在100ms内恢复到规定的电压范围内。
复位电路用于上电复位，上电复位用一组RC上电复位实现，保证上电复位时间在10ms左右。
时钟电路用于给PHY的时钟配置，采用外接49.152MHz的晶体。
壳体用于保护印制板和加固。尺寸为(宽×高×深)：100mm×70mm×50mm最大功耗不大于5W，采用自然散热方式进行散热，考虑特殊环境的复杂情况，连接器固定在壳体上。
如图1所示，一种中继器，包括1394总线接口、物理层电路、电源电路、复位电路、时钟电路、连接器壳体。其中1394总线接口包括信号隔离、速率模式选择、连接器、测试接口。其中物理层包括器件选型、电路设计。其中电源电路包括输入电源滤波、输出保护、隔离。
所述1394总线接口，用于信号隔离，配置端口速率模式，连接器的选择和测试接口的设置。1394总线信号采用变压器耦合方式通过辫接方式引出到连接器，在PCB布线时，将1394总线信号的阻抗控制在110欧左右。从而实现信号的隔离。中继器具有S100(传输速率100Mbps)、S200(传输速率200Mbps)、S400(传输速率400Mbps)传输速率模式和配置能力。端口速率模式的选择通过在管脚上预留的上拉电阻和下拉电阻进行配置如附图1。中继器选用MIL-DLT-38999 3系列壳体连接器，连接器的接触件8#Quadrax型接触件，外部连接器可根据用户需求更换。中继器内部每个中继功能单元提供一条独立的总线通讯中继，每个中继功能单元将提供三个端口，并将其中一个端口引出作为测试接口。
物理层电路包括芯片和阻抗匹配网络，用于接收、发送数据比特流，为总线提供了电气、机械接口。针对信号品质符合SAE AS5643/1的规定并符合IEEE-1394B协议。
总线中继器物理层芯片可以选择TI公司的TSB41BA3B-EP，变压器可以选择Pulse公司的TM1062TXHUA。
物理层芯片TSB41BA3B-EP芯片的特性包括：a.温度范围在-40℃to110℃；b.提供3个Bilingual端口；c.采用3.3V供电；d.支持S100B、S200B和S400B通信速率；e.兼容IEEE1394a的DS模式。
1394总线信号采用变压器耦合方式，提供Bilingual或Beta端口，端口模式可配置。1394总线信号通过辫接方式引出到连接器。电路设计参考前期验证阶段需通过电气信号测试，并对物理层接口处进行特殊处理，保证PHY芯片能够正常工作。为了满足设计要求，物理层芯片的三个状态引脚TPBIAS0、TPBIAS1、TPBIAS2用电阻上拉，1394B接口，速率兼容S100/S200/S400，Beta模式。
电源电路用于电压转换为中继器提供可靠安全的电源支持。中继器供电的电源模块采用两路独立、不关联的28V直流源。电源模块将机上的28V DC转换成机器内部使用的+5V直流电源供电，电源模块由输入或门选择单元、尖峰浪涌抑制单元、过压浪涌钳位单元、辅助电源、储能单元、控制单元、掉电监控单元、+5V DC功率转换单元等功能单元组成。主要包括：
正常工作电压：22V～29V；
a.非正常工作电压：20V～31.5V；
b.应急工作电压：17V～29V；
c.转换工作特性：当输入电源稳态超过17.5V，在40ms内二次电源建立。
PS部分主要达到的指标包括：
d.输入直流电压额定值：28V；
e.输入直流电压变化范围：17V～32V；
f.额定直流输出：+5V/3A；
g.输出电压稳定度：Sv≤1％；
h.输出负载稳定度：Si≤2％；
i.输出电压范围：
——+5V：(5.1V±0.1V)@6A，(4.95V～5.1V)@3A；
j.输出纹波电压峰-峰值：
——+5V：VP-P≤50mV；
k.电源效率：≥0.75。
两路输入电源需经过滤波进入中继器，以消除电磁干扰的影响。滤波需考虑的中继器内部的频率点1394总线基频：49.152MHz。
电源需设有输出保护如总线中继器的故障，含组合故障，不会导致外部电源损坏，不会导致相连接的总线产品损坏，输入端与输出端间、输入端和电源壳体间、输出端和电源壳体之间至少要有100MΩ的绝缘电阻，该项测试是在不加电静态测试下进行的。总线中继器能够防止电源瞬态，电源瞬态符合国军标181A。过压保护要与反馈和调节控制电路隔离，彼此无关。在故障源消除后，所有输出必须在100ms内恢复到规定的电压范围内。
所述复位电路，用于上电复位，上电复位用一组RC上电复位实现，保证上电复位时间在10ms左右。
时钟电路用于给PHY的时钟配置，采用外接49.152MHz的晶体。
壳体用于保护印制板和加固。尺寸为(宽×高×深)：100mm×70mm×50mm最大功耗不大于5W，采用自然散热方式进行散热，考虑特殊环境的复杂情况，连接器固定在壳体上。
在上述实施例的基础上所述的中继器，1394总线接口和电源模块，1394总线接口中继器选用MIL-DLT-38999 3系列壳体连接器，连接器的接触件8#Quadrax型接触件。当测试用时将第三个端口设计为工业九芯插座，满足大多的测试设备，同时配套线缆更换和选择空间更大。电源模块如用于测试可使用～220转5V的电源转换，可直接使用实验室的插座避免专用电源的供电。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种1394中继器，其特征在于：包括总线接口，至少两个中继功能单元，与中继功能单元数量相同的测试设备接口，用于向中继功能单元提供稳定电源的电源，所述中继功能单元包括物理层电路、时钟电路、复位电路和信号收发端，其中一个信号收发端与测试设备接口连接，其他两个信号收发端与总线接口连接，复位电路用于对物理层电路进行上电复位，时钟电路用于对物理层电路进行时钟配置；所述物理层电路电源端口与电源连接，另一端与信号收发端连接；所述物理层电路包括用于接收发送数据比特流并为1394总线提供电气接口的芯片和阻抗匹配网络。
2.根据权利要求1所述的1394中继器，其特征在于：所述物理层电路另一端通过耦合无源变压器与1394总线接口连接，耦合无源变压器用于驱动物理层电路发出的信号和1394总线输入的信号，同时用于隔离物理层电路故障和1394总线故障的相互传递。
3.根据权利要求1所述的1394中继器，其特征在于：所述电源包括电源接口和电源模块，电源接口向电源模块提供两路相同的电源，电源模块用于选择两路电源中正常工作的一路向中继功能单元供电。
4.根据权利要求1所述的1394中继器，其特征在于：所述芯片输入速率和输出速率可选，输入速率和输出速率相同或不同；所述芯片输出1394信号的工作模式可选为Bilingual或Beta。
5.根据权利要求1所述的1394中继器，其特征在于：所述电源模块由输入或门选择单元、尖峰浪涌抑制单元、过压浪涌钳位单元、辅助电源、储能单元、控制单元、掉电监控单元和功率转换单元组成。
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