CN106301525A - 1553b子线中继器及1553b信号的中继处理方法 - Google Patents

1553b子线中继器及1553b信号的中继处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种1553B子线中继器和1553B信号的中继处理方法，1553B子线中继器包括连接器A8、隔离变压器A9、1553B总线收发器A10、可编程逻辑器件7、1553B总线收发器B11、隔离变压器B12、耦合变压器13和连接器B14。其中，隔离变压器A9、B12用于信号的电平变换和隔离；1553B总线收发器A10、B11用于曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号和互补CMOS电平信号的双向转换；耦合变压器13用于耦合变压；可编程逻辑器件7用于1553B信号的双向接收、滤波、整形和转发，完成信号中继功能。本发明的1553B子线中继器能在保证信号传输质量的情况下，简单地实现延长短截线传输距离的目的。

Description

1553B子线中继器及1553B信号的中继处理方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种1553B子线中继器及1553B信号的中继处理方法。
背景技术
在1553B总线通信网络中，终端设备通过短截线以直接耦合方式或变压器耦合方式接入主电缆。由于变压器耦合方式具有短截线传输距离长、故障隔离性能好等优势，应用比较广泛。在MIL-STD-1553B标准和国军标GJB289A-97中，建议变压器耦合方式下的短截线传输距离不大于6米。在变压器耦合方式下，随着短截线传输距离的增加，其承载的曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号的质量将有所下降，产生信号幅值衰减、波形畸变、波形过零点畸变以及波形对称性恶化等问题；这将严重影响通信网络的可靠性，产生数据帧无法识别、总线数据错误等问题，影响系统中命令、数据及状态信息的收发，造成所在系统的整体性能下降，甚至出现致命性故障。
为此，在变压器耦合方式下，需要将子线中继器连接在原有短截线的末端，在保证传输信号质量的前提下实现对短截线传输距离的延长，满足1553B总线通信网络中短截线增长的应用需求，具体地：
将1553B总线通信网络中原有的短截线分支转换为1553B从总线，然后通过在从总线上安装耦合器来挂接多个终端设备，从而间接地延长原有短截线的传输距离。或者，通过中继电路将1553B主电缆传输距离延长，间接实现了延长短截线传输距离的功能。
但是上述解决1553B总线通信网络中短截线传输距离短这一问题的技术方案实现比较复杂。因此，急需一种1553B子线中继器及1553B信号的中继处理方法，能在保证信号传输质量的情况下，简单地实现延长短截线传输距离的目的。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种1553B子线中继器及1553B信号的中继处理方法，用以解决现有解决方案实现复杂的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
提供一种1553B子线中继器，包括依次连接的连接器A8、隔离变压器A9、1553B总线收发器A10、可编程逻辑器件7、1553B总线收发器B11、隔离变压器B12、耦合变压器13和连接器B14；
其中，连接器A8所在的A端口，连接在原有短截线的末端，连接器B14所在的B端口，用于连接短截线延长线，然后接入1553B终端设备；
隔离变压器A9、B12用于信号的电平变换和隔离；
1553B总线收发器A10、B11用于曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号和互补CMOS电平信号的双向转换；
耦合变压器13用于曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号的耦合变压；
可编程逻辑器件7用于1553B信号的双向接收、滤波、整形和转发，完成信号中继功能。
进一步地，可编程逻辑器件进一步包括依次连接的信号滤波模块A1、信号整形模块A2、信号输出模块A3，和依次连接的信号滤波模块B4、信号整形模块B5和信号输出模块B6；
其中，信号滤波模块A1与1553B总线收发器A10连接，信号输出模块A3与1553B总线收发器B11连接；信号滤波模块B4与1553B总线收发器B11连接，信号输出模块B6与1553B总线收发器A10连接。
本发明还提供一种1553B信号的中继处理方法，包括以下步骤：
1553B子线中继器开机初始化；
可编程逻辑器件7进行输入信号监测，等待接收1553B总线收发器处理并转发的来自A端口或B端口的1553B信号；
若可编程逻辑器件7检测到一端口接收到1553B信号，则该端口连接的信号滤波模块对接收信号进行滤波处理，然后转发给信号整形模块；
信号整形模块接收到信号滤波模块发送来信号后，对1553B消息信号进行整形处理，然后输出到信号输出模块；
信号输出模块将信号整形模块输出的经过优化的信号波形输出到1553B总线收发器。
其中，可编程逻辑器件7进行输入信号监测的步骤，进一步包括：
当从1553B总线收发器接收的两路互补CMOS电平信号输入信号为低时，确定短截线上无1553B信号传输；
当从1553B总线收发器接收的两路互补CMOS电平信号输入信号为高时，确定短截线上有1553B信号传输。
优选的，信号输出模块在输出信号波形前，判断本次接收的消息是否结束，若结束则重新进行可编程逻辑器件对输入信号监测的步骤；若未结束，则将信号输出，直至本次接收的1553B消息结束。
上述1553B信号的中继处理方法，针对1553B信号的中继处理是双向的，即从A端口到B端口与B端口到A端口。
对A端口到B端口方向的信号进行中继处理时，所述可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理前还包括步骤：
连接器A8通过A端口从短截线接收1553B总线主电缆传输的曼彻斯特II型双相差分信号并转发给隔离变压器A9；
隔离变压器A9对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给1553B总线收发器A10；
1553B总线收发器A10将曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号转换为互补CMOS电平信号发送给可编程逻辑器件7。
对A端口到B端口方向的信号进行中继处理时，所述可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理后还包括步骤：
1553B总线收发器B11将从可编程逻辑器件7接收到的互补CMOS电平信号转换为曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号并转发给隔离变压器B12；
隔离变压器B12对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给耦合变压器13；
耦合变压器13对曼彻斯特II型双相差分信号进行耦合变压并发给连接器B14；
连接器B14将曼彻斯特II型双相差分信号通过B端口发送给终端设备。
对B端口到A端口方向的信号进行中继处理时，所述可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理前还包括以下步骤：
连接器B14通过B端口从短截线延长线接收终端设备传输过来的曼彻斯特II型双相差分信号并转发给耦合变压器13；
耦合变压器13对曼彻斯特II型双相差分信号进行耦合变压并发给隔离变压器B12；
隔离变压器B12对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给1553B总线收发器B11；
1553B总线收发器B11将曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号转换为互补CMOS电平信号发送给可编程逻辑器件7。
对B端口到A端口方向的信号进行中继处理时，所述可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理后还包括以下步骤：
1553B总线收发器A10将从可编程逻辑器件7接收到的互补CMOS电平信号转换为曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号并转发给隔离变压器A9；
隔离变压器A9对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给连接器A8；
连接器A8将曼彻斯特II型双相差分信号通过A端口发送给1553B总线主电缆。
本发明有益效果如下：通过上述1553B子线中继器及1553B信号的中继处理方法，提高了变压器耦合方式下的短截线传输距离，并且保证了其所承载的曼彻斯特II型双相差分信号的质量，提高了通信网络的可靠性，满足了1553B总线通信网络中短截线增长的应用需求。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为可编程逻辑器件的结构示意图；
图2为1553B子线中继器的结构示意图；
图3为1553B子线中继器使用时的连接方式；
图4为1553B信号的中继处理方法流程图；
图5为信号滤波的流程图；
图6为1553B总线收发器的输入波形、输出波形及整形后波形的示意图；
图7为信号整形处理流程图；
图8为消息结束判断的流程图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
缩略语和关键术语定义：
子线中继器：连接在1553B短截线末端，用于延长短截线传输距离的装置；
可编程逻辑器件：英文全称为Programmable Logic Device，本发明中特指FPGA或CPLD。
本发明一个具体实施例公开一种1553B子线中继器，如图2所示，主要包括依次连接的连接器A8、隔离变压器A9、1553B总线收发器A10、可编程逻辑器件7、1553B总线收发器B11、隔离变压器B12、耦合变压器13和连接器B14。
其中，1553B子线中继器使用时的连接方式如图3所示。连接器A8所在的端口称为A端口，连接在原有短截线的末端，连接器B14所在的端口称为B端口，用于连接短截线延长线，然后接入1553B终端设备；
隔离变压器A9和B12用于曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号的电平变换和隔离；
1553B总线收发器A10和B11用于曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号和互补CMOS电平信号的双向转换；
耦合变压器13用于曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号的耦合变压；
可编程逻辑器件7是子线中继器的核心信号处理器件，用于1553B信号的双向接收、滤波、整形和转发，完成信号中继功能。如图1所示，进一步包括依次连接的信号滤波模块A1、信号整形模块A2、信号输出模块A3，和依次连接的信号滤波模块B4、信号整形模块B5和信号输出模块B6。信号滤波模块A1与1553B总线收发器A10连接，信号输出模块A3与1553B总线收发器B11连接；信号滤波模块B4与1553B总线收发器B11连接，信号输出模块B6与1553B总线收发器A10连接。
其中，信号滤波模块A1、B4用于对接收信号进行滤波处理，滤除原有短截线上的短时干扰脉冲，使其无法到达短截线延长线上，这样可以提高总线网络的通信质量，使终端设备免受干扰脉冲的影响；
信号整形模块A2、B5用于将1553B消息信号进行整形处理，以提高1553B信号波形质量。具体地，将两路互补CMOS电平信号的边沿进行对齐处理；然后将边沿对齐的互补CMOS电平信号提供给信号输出模块；
信号输出模块A3、B6用于将信号整形模块输出的经过优化的信号波形输出到1553B总线收发器。
根据本发明的另一个具体实施例，公开了一种1553B信号的中继处理方法，如图4所示，包括以下步骤：
1.1553B子线中继器开机初始化；
2.可编程逻辑器件7进行输入信号监测，等待接收1553B总线收发器处理并转发的来自A端口或B端口的1553B信号；具体地，
当从1553B总线收发器接收的两路互补CMOS电平信号输入信号为低时，确定短截线上无1553B信号传输；
当从1553B总线收发器接收的两路互补CMOS电平信号输入信号为高时，确定短截线上有1553B信号传输。
3.若可编程逻辑器件7检测到某一端口接收到1553B信号，则该端口对应的信号滤波模块对接收信号进行滤波处理，用于滤除原有短截线上的短时干扰脉冲，使其无法到达短截线延长线上，这样可以提高总线网络的通信质量，使终端设备免受干扰脉冲的影响；然后转发给信号整形模块。
所述信号滤波的流程如图5所示，进一步包括：将信号采样周期记为T，当有高电平信号输入时，可编程逻辑器件7以T为周期对高电平进行采样计数，若高电平计数值小于M，则判定为干扰脉冲，重新进行输入信号监测；若高电平计数值大于或等于M，则判定为1553B消息信号，将所述消息信号转发给信号整形模块进行整形处理。
4.信号整形模块接收到信号滤波模块发送来信号后，对1553B消息信号进行整形处理，然后输出到信号输出模块。具体地，将两路互补CMOS电平信号的边沿进行对齐处理，然后将边沿对齐的互补CMOS电平信号提供给信号输出模块，以提高1553B信号波形质量。所述整形处理的目的在于解决互补CMOS电平信号的边沿发生错位的问题。所述错位问题是在1553B总线收发器将曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号转换为互补CMOS电平信号的过程中，由于1553B总线收发器自身的交流特性缺陷，引入了接收延迟tDR和接收间隔tRG，从而造成输出的两路互补CMOS电平信号的边沿发生错位。
其中，1553B总线收发器的输入波形、输出波形及整形后波形情况如图6所示。图6中，Vin是1553B总线收发器的输入波形；RX、nRX是1553B总线收发器的输出波形，是一组互补CMOS电平信号，tDR是接收延迟时间，tRG是接收间隔时间；RX1、nRX1是经过信号整形处理以去除边沿错位后的目标波形，该波形提供给信号输出模块进行处理。
将RX、nRX处理为RX1、nRX1的信号整形处理流程如图7所示。信号整形模块接收滤波后的互补CMOS电平信号RX、nRX，然后在RX、nRX变为反相前，保持RX、nRX的原相位输出到RX1、nRX1；在RX、nRX变为反相后，将将反相后的RX、nRX输出到RX1、nRX1。
5.信号输出模块将信号整形模块输出的经过优化的信号波形输出到1553B总线收发器。进一步地，信号输出模块在输出信号波形前，判断本次接收的消息是否结束，若结束则重新进行可编程逻辑器件对输入信号监测的步骤；若未结束，则将信号输出，直至本次接收的1553B消息结束。
其中，信号输出模块判断本次接收的消息是否结束的流程如图8所示：在1553B消息持续的时间内，接收的互补CMOS电平信号不应同时为低，对互补CMOS电平信号同时为低的持续时间进行采样计数，若计数值大于M时，说明本次接收的消息信号已经结束，则重新转到输入信号监测程序，等待处理下一个1553B消息。
需要说明的是，可编程逻辑器件7对1553B信号的中继处理是双向的，即对A端口到B端口与B端口到A端口每个方向的信号中继处理均按上述流程进行，具体地：
当对A端口到B端口方向的信号进行中继处理时，
在可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理前还包括以下步骤：
连接器A8通过A端口从短截线接收1553B总线主电缆传输的曼彻斯特II型双相差分信号并转发给隔离变压器A9；
隔离变压器A9对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给1553B总线收发器A10；
1553B总线收发器A10将曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号转换为互补CMOS电平信号发送给可编程逻辑器件7。
在可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理后还包括以下步骤：
1553B总线收发器B11将从可编程逻辑器件7接收到的互补CMOS电平信号转换为曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号并转发给隔离变压器B12；
隔离变压器B12对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给耦合变压器13；
耦合变压器13对曼彻斯特II型双相差分信号进行耦合变压并发给连接器B14；
连接器B14将曼彻斯特II型双相差分信号通过B端口发送给终端设备。
当对B端口到A端口方向的信号进行中继处理时，
在可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理前还包括以下步骤：
连接器B14通过B端口从短截线延长线接收终端设备传输过来的曼彻斯特II型双相差分信号并转发给耦合变压器13；
耦合变压器13对曼彻斯特II型双相差分信号进行耦合变压并发给隔离变压器B12；
隔离变压器B12对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给1553B总线收发器B11；
1553B总线收发器B11将曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号转换为互补CMOS电平信号发送给可编程逻辑器件7。
在可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理后还包括以下步骤：
1553B总线收发器A10将从可编程逻辑器件7接收到的互补CMOS电平信号转换为曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号并转发给隔离变压器A9；
隔离变压器A9对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给连接器A8；
连接器A8将曼彻斯特II型双相差分信号通过A端口发送给1553B总线主电缆。
综上所述，本发明具体实施例公开的1553B子线中继器及1553B信号的中继处理方法，有效的提高了变压器耦合方式下的短截线传输距离，并且保证了其所承载的曼彻斯特II型双相差分信号的质量，提高了通信网络的可靠性，满足了1553B总线通信网络中短截线增长的应用需求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种1553B子线中继器，其特征在于，包括依次连接的连接器A8、隔离变压器A9、1553B总线收发器A10、可编程逻辑器件7、1553B总线收发器B11、隔离变压器B12、耦合变压器13和连接器B14；
其中，连接器A8所在的A端口，连接在原有短截线的末端，连接器B14所在的B端口，用于连接短截线延长线，然后接入1553B终端设备；
隔离变压器A9、B12用于信号的电平变换和隔离；
1553B总线收发器A10、B11用于曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号和互补CMOS电平信号的双向转换；
耦合变压器13用于曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号的耦合变压；
可编程逻辑器件7用于1553B信号的双向接收、滤波、整形和转发，完成信号中继功能。
2.根据权利要求1所述的1553B子线中继器，其特征在于，可编程逻辑器件进一步包括依次连接的信号滤波模块A1、信号整形模块A2、信号输出模块A3，和依次连接的信号滤波模块B4、信号整形模块B5和信号输出模块B6；
其中，信号滤波模块A1与1553B总线收发器A10连接，信号输出模块A3与1553B总线收发器B11连接；信号滤波模块B4与1553B总线收发器B11连接，信号输出模块B6与1553B总线收发器A10连接。
3.一种1553B信号的中继处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1553B子线中继器开机初始化；
可编程逻辑器件7进行输入信号监测，等待接收1553B总线收发器处理并转发的来自A端口或B端口的1553B信号；
若可编程逻辑器件7检测到一端口接收到1553B信号，则该端口连接的信号滤波模块对接收信号进行滤波处理，然后转发给信号整形模块；
信号整形模块接收到信号滤波模块发送来信号后，对1553B消息信号进行整形处理，然后输出到信号输出模块；
信号输出模块将信号整形模块输出的经过优化的信号波形输出到1553B总线收发器。
4.根据权利要求3所述的1553B信号的中继处理方法，其特征在于，可编程逻辑器件7进行输入信号监测的步骤，进一步包括：
当从1553B总线收发器接收的两路互补CMOS电平信号输入信号为低时，确定短截线上无1553B信号传输；
当从1553B总线收发器接收的两路互补CMOS电平信号输入信号为高时，确定短截线上有1553B信号传输。
5.根据权利要求3所述的1553B信号的中继处理方法，其特征在于，所述信号输出模块在输出信号波形前，判断本次接收的消息是否结束，若结束则重新进行可编程逻辑器件对输入信号监测的步骤；若未结束，则将信号输出，直至本次接收的1553B消息结束。
6.根据权利要求3所述的1553B信号的中继处理方法，其特征在于，所述1553B信号的中继处理是双向的，即从A端口到B端口与B端口到A端口。
7.根据权利要求6所述的1553B信号的中继处理方法，其特征在于，对A端口到B端口方向的信号进行中继处理时，在可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理前还包括步骤：
连接器A8通过A端口从短截线接收1553B总线主电缆传输的曼彻斯特II型双相差分信号并转发给隔离变压器A9；
隔离变压器A9对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给1553B总线收发器A10；
1553B总线收发器A10将曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号转换为互补CMOS电平信号发送给可编程逻辑器件7。
8.根据权利要求6所述的1553B信号的中继处理方法，其特征在于，对A端口到B端口方向的信号进行中继处理时，在可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理后还包括步骤：
1553B总线收发器B11将从可编程逻辑器件7接收到的互补CMOS电平信号转换为曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号并转发给隔离变压器B12；
隔离变压器B12对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给耦合变压器13；
耦合变压器13对曼彻斯特II型双相差分信号进行耦合变压并发给连接器B14；连接器B14将曼彻斯特II型双相差分信号通过B端口发送给终端设备。
9.根据权利要求6所述的1553B信号的中继处理方法，其特征在于，对B端口到A端口方向的信号进行中继处理时，在可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理前还包括以下步骤：
连接器B14通过B端口从短截线延长线接收终端设备传输过来的曼彻斯特II型双相差分信号并转发给耦合变压器13；
耦合变压器13对曼彻斯特II型双相差分信号进行耦合变压并发给隔离变压器B12；
隔离变压器B12对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给1553B总线收发器B11；
1553B总线收发器B11将曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号转换为互补CMOS电平信号发送给可编程逻辑器件7。
10.根据权利要求6所述的1553B信号的中继处理方法，其特征在于，对B端口到A端口方向的信号进行中继处理时，在可编程逻辑器件7对1553B信号进行中继处理后还包括以下步骤：
1553B总线收发器A10将从可编程逻辑器件7接收到的互补CMOS电平信号转换为曼彻斯特Ⅱ型双相差分信号并转发给隔离变压器A9；
隔离变压器A9对曼彻斯特II型双相差分信号进行电平变换和隔离并转发给连接器A8；
连接器A8将曼彻斯特II型双相差分信号通过A端口发送给1553B总线主电缆。
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