CN105576428A - 同时实现底板及1394b总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构 - Google Patents

同时实现底板及1394b总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构 Download PDF

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解文涛
冯波
李亚锋
程俊强
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Abstract

本发明提出了同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构，包括N块刚板，构成错落重叠的结构；重叠结构包括左侧刚板、中间大刚板、右侧刚板；左侧刚板实现底板功能，保证各功能模块的电气连接；中间大刚板实现物理层电路功能，对应VMC中MIL-1394总线的系统总线及CCDL总线，设置相对应的物理层电路；中间大刚板上还包括下侧小刚板上的外部接口电路；右侧刚板实现变压器电路功能及MIL-1394B接口功能；变压器电路均布局到右侧刚板一侧，另一侧为MIL-1394B信号外部接口。本发明在小机箱内同时实现底板、面板及MIL-1394B总线接口的结构，其合理的布局及电气设计，实现总线接口电路与外部连接器最佳传输路径，保证MIL-1394B总线的信号完整性要求。

Description

同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构
技术领域
本发明属于飞行器管理系统领域，尤其涉及同时实现底板、面板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构。
背景技术
目前国外新一代飞机的设计中，采用基于网络结构综合化飞行器管理计算机系统，综合管理包括飞行控制、发动机控制、机电公共设备管理等飞机平台的功能。VMC作为控制计算机与作动器控制器等执行部件分离，系统部件间通过MIL-1394b总线进行通信。该总线是以IEEE-1394B为技术基础，应用层协议参考SAEAS5643。典型的飞行器管理计算机系统逻辑结构如图1所示。
高度综合化的设计，使模块间的交互更加复杂，底板设计的功能分区，抗干扰设计显得尤为重要。系统总线为飞行器管理系统的关键总线，其信号质量是影响VMC对各执行部件进行控制管理的保障。如何在空间受限的情况实现底板信息交换，外部接口通信及MIL-1394B系统总线信号完整性，成为新一代飞行器管理计算机硬件设计的难点。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构，在小机箱内同时实现底板、面板及MIL-1394B总线接口的结构，其合理的布局及电气设计，实现总线接口电路与外部连接器最佳传输路径，保证MIL-1394B总线的信号完整性要求。
本发明的技术解决方案是：同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构，其特征在于：所述重叠结构包括N块刚板，构成错落重叠的结构；
重叠结构包括左侧刚板、中间大刚板、右侧刚板；左侧刚板实现底板功能，保证各功能模块的电气连接；中间大刚板实现物理层电路功能，对应VMC中MIL-1394总线的系统总线及CCDL总线，设置相对应的物理层电路；
中间大刚板上还包括下侧小刚板上的外部接口电路；
右侧刚板实现变压器电路功能及MIL-1394B接口功能；变压器电路均布局到右侧刚板一侧，另一侧为MIL-1394B信号外部接口。
前面板上一体化设置两种高度的支柱，保证在模块与前面板装配后，组件具有良好的机械特性；刚板间屏蔽地的电气连接由垫柱实现。
上述中间大刚板物理层电路由物理层芯片TSB41BA3B-EP实现；
上述右侧刚板变压器电路由变压器芯TM1062TXHUA片实现。
物理层电路及变压器电路下方进行挖空处理并对电源进行高低频滤波。
共地设计采用混合共地的方式实现，即内部信号地和外部机壳地间连接一个0欧电阻和多对电容。
本发明的有益效果是：
1)紧凑型立体结构设计保证模块的最小体积和重量，切合小机箱的底板设计需求，为产品的小型化提供新思路；
2)多层次的刚柔板重叠结构，实现信号的分区隔离，保证飞管系统信号的完整性传输；
3)刚柔板的设计方式，实现总线接口电路与外部连接器最佳传输路径，保证MIL-1394B总线的信号质量；
4)标准的MIL-1394B总线链路层接口，良好的可移植性，可嵌入到其他同类系统设计中。
附图说明
图1是本发明现有技术飞行器管理计算机逻辑结构示意图；
图2是本发明模块平面效果图；
具体实施方式
本发明的原理、外形及EDA设计时采用平面设计的方式，根据机箱的宽度及各刚板的功能分区，设计刚板的尺寸，根据机箱预留的宽度及柔板的弯折半径设计各段柔板的长度。
考虑产品的重量，各层刚板的固定支撑及装配工艺的要求，设计机箱的前面板，当模块与前面板装配后，能保证空间尺寸同时，保证各刚板的稳定性、模块机装及外部接口的操作可达性。
考虑MIL-1394B总线的信号完整性要求，将物理层电路布局到中间的刚板上，保证它与链路层接口的通路，减少信号的交叉干扰。将变压器电路布局到最外层刚板上，保证它与外部接口的最佳距离，并进行合理的共地及抗干扰设计，保证MIL-1394B总线的信号完整性。
1.多层次刚柔板的设计
根据空间尺寸的要求，结合功能电路的分区，模块的外形及EDA设计时采用平面设计的方式，柔板的弯折角度为(Φ)180°，最小弯曲半径(R)是板厚的15倍，软板最小长度(L0)为：
L0＝L+1.5×2＝2πR×Φ/360+3
式中：L为弯折长度，1.5×2是考虑软板区域两边的刚挠结合过渡区各有1.5mm用于涂敷黑胶，不用于弯折。
综合各种因素，将模块的外形设计如图2所示。
左侧刚板实现底板功能，保证各功能模块的电气连接。随着电子技术的快速发展，各模块的功能越来越强大，模块间的交付也变得复杂。模块间的电气连接得综合考虑功能分区及EDA设计的实现性，各模块连接器信号按类型及去向进行定义，降低EDA设计难度的同时，保证信号的完整性传输，减少干扰。
中间大刚板实现物理层电路功能，VMC中MIL-1394总线总共有7条，包括3条系统总线及4条CCDL总线，对应7个物理层电路均设计在中间刚板上。中间下侧小刚板为外部接口电路，为前面板的一部分，设计有系统信号接口及调试维护接口。
右侧刚板实现变压器电路功能及MIL-1394B接口功能。7条总线共有12个PORT，对应12个变压器电路均布局到刚板一侧，另一侧为MIL-1394B信号外部接口，为前面板的一部分。
2.紧凑型立体结构的设计
根据承重及受力位置，在前面板上一体化设计了两种高度的支柱，保证在模块与前面板装配后，组件具有良好的机械特性。为了减少柔板的层数，将刚板间屏蔽地的电气连接也由垫柱实现。当模块受到较大干扰时，电流能通过垫柱快速泄放到箱体。该紧凑型设计大大节省了空间及重量，整个部件可做到现场可更换。给产品维修也带来便利。
3.MIL-1394B总线信号完整性设计
MIL-1394B总线有三层协议，物理层、链路层和传输层。每一层相对独立，通过服务来连接。物理层负责设备和线缆间的电气和机械连接，处理数据的编码、仲裁及传输和接收。物理层电路的设计关乎MIL-1394B总线信号的质量。
此部分设计主要由物理层芯片TSB41BA3B-EP和变压器芯TM1062TXHUA片实现，在保证电路功能正确的前提下，信号完整性设计主要由电源部分的抗干扰设计、电路的布局和布线设计及共地设计来实现。
物理层的电源信号有五种，分别为PHY_AVDD、PHY_DVDD、PHY_DVDD_CORE、PHY_PLVDD及PHY_PLVDD_CORE，其中PHY_AVDD、PHY_DVDD、PHY_DVDD_CORE均由3.3V经过磁珠隔离后提供，每种电源均配有滤波电容，数量为1+2n，n为电源引脚数，1为大电容10uF，n对为滤波电容1uF和0.1uF分别滤除低频与高频干扰。
根据模块的结构设计，物理层及变压器分别布局到两块钢板上，为了实现系统总线信号完整性设计，除了常规的时钟、平板、差分线设计原则外，还应考虑感性元件的抗干扰设计，信号不同参考平面的分割等问题。具体设计中将物理层及变压器下方进行挖空设计，除了地平面外，不走任何的信号线和过孔。MIL-1394B总线均有相邻的参考地伴随，保证信号的完整性传输。
VMC中存在高频(1394B信号，变压器耦合)及低频(离散量及其他)两种信号，共地设计采用混合共地的方式实现。即内部信号地和外部机壳地间连接一个0欧电阻和多个电容(容值分别为270pf和0.1uf)，对于低频信号来说，共地方式为单点共地，对于高频信号来说，电容形成直通接地点，为多点共地。
多种设计方法结合，最终保证了MIL-1394B总线的信号完整性。运用标准1394B信号质量测试仪SQT及示波器对产品的MIL-1394B信号质量进行测试，测试结果完全满足规范及系统要求。

Claims (6)

1.同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构，其特征在于：所述重叠结构包括N块刚板，构成错落重叠的结构；
重叠结构包括左侧刚板、中间大刚板、右侧刚板；左侧刚板实现底板功能，保证各功能模块的电气连接；中间大刚板实现物理层电路功能，对应VMC中MIL-1394总线的系统总线及CCDL总线，设置相对应的物理层电路；
中间大刚板上还包括下侧小刚板上的外部接口电路；
右侧刚板实现变压器电路功能及MIL-1394B接口功能；变压器电路均布局到右侧刚板一侧，另一侧为MIL-1394B信号外部接口。
2.根据权利要求1所述的同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构，其特征在于：前面板上一体化设置两种高度的支柱，保证在模块与前面板装配后，组件具有良好的机械特性；刚板间屏蔽地的电气连接由垫柱实现。
3.根据权利要求2所述的同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构，其特征在于：所述中间大刚板物理层电路由物理层芯片TSB41BA3B-EP实现。
4.根据权利要求3所述的同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构，其特征在于：所述右侧刚板变压器电路由变压器芯TM1062TXHUA片实现。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构，其特征在于：物理层电路及变压器电路下方进行挖空处理并对电源进行高低频滤波。
6.根据权利要求5所述的同时实现底板及1394B总线接口功能的多层次刚柔板重叠结构，其特征在于：共地设计采用混合共地的方式实现，即内部信号地和外部机壳地间连接一个0欧电阻和多对电容。
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