CN109327368A - 一种用于1553b总线分支中继转换的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于信息处理技术领域，具体涉及一种用于1553B总线分支中继转换的装置。该装置包括主机板和电源板；其中，主机板用于实现4M 1553B总线数据接收与中继转发的功能，同时通过板间栈接连接器将外部供电引入电源板；电源板用于对外部供电进行二次转换，并通过板间栈接连接器回送主机板以供主机板正常工作所用；装置通过对外连接器与4M 1553B总线系统电气电缆进行信号和供电交互。本发明具有中继功能，能够将主总线的分支转换为从总线的分支，通过延长从总线长度达到远距离的终端，并可挂接多个远距离终端。本发明无需处理器参与，完全采用FPGA智能实现底层数据字收发、校验和中继操作。本发明结构简单、体积小、重量轻、功耗低，能够广泛应用于航空航天等领域。

Description

一种用于1553B总线分支中继转换的装置
技术领域
本发明属于信息处理技术领域，具体涉及一种用于1553B总线分支中继转换的装置。
背景技术
1553B总线全称数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线，是1978年由美国军方制定的一种航空系统通信总线标准，该总线标准在传输可靠性、使用灵活性以及数据完整性等方面都具有显著优势。1553B总线系统通常由一个负责总线系统任务调度、管理的总线控制器(BC)，多个(小于等于31个)远程终端(RT)以及用于监视总线系统运行状态的总线监视器(MT)(可选)构成，双余度1553B总线(具有两路1553B总线)系统框图如图1所示。
1553B总线是各终端之间提供一路单一数据通路所需要的包括双绞屏蔽电缆、隔离电阻、耦合变压器等在内的所有硬件，其中双绞屏蔽电缆包括主总线与分支短截线两部分。1553B总线对于分支短截线(简称分支)的长度有限制——标准规定1Mbps传输速率下分支最长不能超过6米，4Mbps传输速率下分支最长不能超过1米。超长分支情况下，不仅该分支上的信号衰减较大，对于整个1553B总线网络的信号完整性和误码率都会产生一定的影响。
因此在确保主总线信号完整性和传输可靠性的前提下对RT节点分支长度进行扩展，提高1553B信号强度，需要在1553B总线分支处增加中继转换装置，完成1553B总线分支信号的中继转发，其示意图如图2所示。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种用于1553B总线分支中继转换的装置，以解决增加1553B总线分支长度，提高1553B总线信号强度的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于1553B总线分支中继转换的装置，该装置包括主机板和电源板；其中，
主机板，用于实现4M 1553B总线数据接收与中继转发的功能，同时通过板间栈接连接器将外部供电引入电源板；
电源板，用于对外部供电进行二次转换，并通过板间栈接连接器回送主机板以供主机板正常工作所用；
装置通过对外连接器与4M 1553B总线系统电气电缆进行信号和供电交互。
进一步地，主机板包括FPGA、总线收发器、隔离变压器；集成在FPGA内的4M 1553B编码模块编解码与时序控制逻辑、总线收发器与隔离变压器组成4M 1553B主总线分支线接口；集成在FPGA内的4M 1553B编码模块编解码与时序控制逻辑、总线收发器、隔离变压器、隔离电阻与终端匹配电阻组成中继总线接口；其中，
FPGA内的4M 1553B编码模块编解码与时序控制逻辑包括PLL模块、4M 1553B编码模块、4M 1553B解码模块与4M 1553B中继控制模块；其中，PLL模块使用FPGA内嵌的PLL模块，完成16MHz外部输入时钟的倍频功能；4M 1553B编码模块用于完成4M 1553B消息字的编码；4M 1553B解码模块用于完成4M 1553消息字的解码；4M 1553B中继控制模块用于完成从主总线分支线到中继总线与中继总线到主总线分支线两个方向有效数据的实时转发控制。
进一步地，电源板在将输入的28.5V直流电防反处理后进行滤波，然后将输入的28.5V直流电变换成5V隔离电源，变换完成的电压再经过滤波电路最终输出。
进一步地，主机板和电源板设置在机箱内，机箱框架上设置有对外连接器。
进一步地，机箱底部设置有减振器。
进一步地，机箱采用铝合金板材。
进一步地，PLL模块的倍频输出为40MHz和80MHz。
进一步地，装置支持A、B双通道，两个通道相互独立。
进一步地，装置的通信速率为4Mbps，中继延时2us，最远中继距离60米。
(三)有益效果
本发明提出的用于1553B总线分支中继转换的装置，用于1553B总线分支处，以完成1553B总线分支信号的中继转发，从而增加1553B总线分支长度，提高1553B总线信号强度。该装置包括主机板和电源板；其中，主机板用于实现4M 1553B总线数据接收与中继转发的功能，同时通过板间栈接连接器将外部供电引入电源板；电源板用于对外部供电进行二次转换，并通过板间栈接连接器回送主机板以供主机板正常工作所用；装置通过对外连接器与4M 1553B总线系统电气电缆进行信号和供电交互。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明具有中继功能，能够将主总线的分支转换为从总线的分支，通过延长从总线长度达到远距离的终端，并可挂接多个远距离终端。
(2)为保证中继的可靠性，并兼顾消息传输的实时性、减少由于中继而产生的响应延时，采用以字为单位的中继方案，能够根据1553B总线标准规定对每一个1553B的命令字、数据字和状态字进行校验，具有对错误消息的纠错功能。
(3)本发明无需处理器参与，完全采用FPGA智能实现底层数据字收发、校验和中继操作。
(4)本发明结构简单、体积小、重量轻、功耗低，能够广泛应用于航空航天等领域。
附图说明
图1为1553B双余度总线系统结构框图；
图2为中继转换装置连接关系示意图；
图3为本实施例的中继转换装置功能模块组成图；
图4为本实施例的中继转换装置主机板原理框图(单通道)；
图5为本实施例的中继转换装置主机板主总线分支线接口原理框图；
图6为本实施例的中继转换装置主机板中继总线接口原理框图；
图7为本实施例的中继转换装置主机板FPGA体系架构图；
图8为本实施例的中继转换装置电源板原理框图；
图9为本实施例的中继转换装置结构爆炸图；
图10为本实施例的中继转换装置主机板双通道结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种用于1553B总线分支中继转换的装置，其功能模块组成如图3所示，主要功能模块包括主机板和电源板两个部分。其中主机板是中继转换装置的核心模块板，实现4M 1553B总线数据接收与中继转发的功能，同时通过板间栈接连接器J56-20将外部供电引入电源板；电源板对外部供电进行二次转换，并通过板间栈接连接器J56-20回送主机板以供后者正常工作所用。
该中继转换装置的机箱与1553B总线系统电气电缆通过对外连接器进行信号和供电交互，对外连接器选型为GJB599系列I型圆形连接器JY27505E19F18PA。
A.主机板设计
主机板原理框图(单通道)如图4所示，主要包括可编程逻辑器件(FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)、总线收发器、隔离变压器、隔离电阻与终端匹配电阻。FPGA通过Verilog HDL语言编程实现1553B信号的编解码与时序控制，采用以字为单位的中继方案，根据标准规定对每一个1553B的命令字、数据字和状态字进行校验，对正确的字进行转发，对带有错误字的消息停止转发，并抛弃该消息，等待下一正确消息。总线收发器采用双通道4M 1553B总线收发器HT-1567DI；隔离变压器采用HT-DB337/4A隔离变压器。
主机板对外分为4M 1553B主总线分支线接口与中继总线接口，4M 1553B主总线分支线接口由集成在FPGA内的4M 1553B编码模块编解码与时序控制逻辑、总线收发器、隔离变压器组成，如图5所示；中继总线接口由集成在FPGA内的4M 1553B编码模块编解码与时序控制逻辑、总线收发器、隔离变压器、隔离电阻与终端匹配电阻组成，如图6所示。
FPGA内的4M 1553B编码模块编解码与时序控制逻辑按功能主要包括PLL模块、4M1553B编码模块、4M 1553B解码模块与4M 1553B中继控制模块，如图7所示。
PLL模块使用FPGA内嵌的PLL模块，完成16MHz外部输入时钟的倍频功能，倍频输出为40MHz和80MHz。
4M 1553B编码模块主要完成4M 1553B消息字的编码。该模块灵活运动状态机，对输入16bit数据进行曼彻斯特编码，并在16bit数据编码后输出消息发送完成信号。
4M 1553B解码模块主要完成4M 1553消息字的解码。解码前首先对输入信号进行数字滤波，发现单周期异向信号则去除。然后进行同步检索，检索成功时锁住同步类型标志，且在判断出同步信号有效时，开始对输入曼彻斯特信号进行过采样判决，对于双相电平为0/1或1/0数据进行接收缓存以及串并转换，其他视为解码错误。若奇偶校验有误则输出解码错误标志，奇偶检验后3.25us若未接收同步信号则输出消息字间隔标志。
4M 1553B中继控制模块主要完成从主总线分支线到中继总线与中继总线到主总线分支线两个方向有效数据的实时转发控制。
B.电源板设计
电源板原理框图如图8所示，28.5V供电进入机箱后，经二极管防反处理后进入电源的滤波器。通过滤波器，X电容和Y电容，可以衰减从0.01MHz到10GHz的差模和共模干扰信号。这两级滤波器可以有效地衰减来自一次电源的干扰信号，也可以衰减由系统产生的回馈到一次电源的干扰噪声。经过滤波器以后，进入各电源变换器模块，这是电源的重要核心。它可以将28.5V的直流电变换成所需要的5V隔离电源，并实现输入输出隔离。此电路具有过流和过压保护功能，变换器的效率≥80％。变换完成的电压再经过滤波电路最终输出。该级滤波可以使电源变换器的输出纹波更小，以满足系统使用要求。
C.结构设计
本装置采用密封式模块机箱，整个机箱由上盖板和机箱框架两部分组成，如图9所示。机箱底部两侧各设计两个同机箱框架一体的减振器支耳，用于安放四个减振器1(型号为GZ-10)，完成对中继转换装置的整体减振；在机箱框架对外连接器一侧面板左下方设计了接地柱，通过搭铁线使机箱良好接地。机箱与1553B总线系统电气电缆通过对外连接器2进行信号和供电交互，中继转换装置内部主机板3和电源板4通过板间栈接连接器5进行连接。
机箱结构主要采用铝合金板材，此种材料密度比较小，强度比较大，耐高低温及腐蚀能力比较好，设备总重量可实现不大于2Kg；印制板安装选取M3螺钉，盖板安装选取M4螺钉；机箱侧面具有加强筋与散热片，电源块上方设计有散热片，以提升电源板散热效能。
本装置支持A、B双通道，两个通道相互独立；支持从主总线分支线到中继总线与中继总线到主总线分支线两种工作模式，能够满足1553B信号双向传输需求。
图10为主机板双通道结构示意图，主机板主要包括隔离变压器1、隔离变压器2、隔离变压器3、隔离变压器4、收发电路1、收发电路2与FPGA。其中，隔离变压器1对内与收发电路1双向连接，对外通过对外连接器与1553B主总线分支线双向连接；隔离变压器2对内与收发电路2双向连接，对外通过隔离电阻、对外连接器与1553B中继总线双向连接；隔离变压器3对内与收发电路1双向连接，对外通过对外连接器与1553B主总线分支线双向连接；隔离变压器4对内与收发电路2双向连接，对外通过隔离电阻、对外连接器与1553B中继总线双向连接；FPGA与收发电路1、收发电路2相连。其中，隔离变压器1、收发电路1、FPGA、收发电路2与隔离变压器2为A通道；隔离变压器3、收发电路1、FPGA、收发电路2与隔离变压器4为B通道。
本装置支持从主总线分支线到中继总线与中继总线到主总线分支线两种工作模式。在从主总线分支线到中继总线工作模式下，对外连接器主总线分支线接口接收来自1553B主总线分支线的1553B信号送入主机板，在主机板内经隔离变压器隔离后送入总线收发器，总线收发器将1553B差分信号转换为单端信号后送入FPGA内的4M 1553B解码模块，4M1553B解码模块对1553B信号进行译码校验、消息间隔检测以及数据有效性检测，并将其结果连同译码数据传输到4M 1553B中继控制模块，4M 1553B中继控制模块依据数据有效性检测结果，对错误的解码数据停止转发，并抛弃该消息，等待下一正确消息，对正确的解码数据进行缓存后输出至4M 1553B编码模块，4M 1553B编码模块对信号进行曼彻斯特编码后将其送至总线收发器，总线收发器将单端信号再转换回1553B差分信号，1553B差分信号经隔离变压器、隔离电阻后发送至对外连接器中继总线接口。中继总线到主总线分支线工作机制与之相反，两种模式满足1553B总线信号的双向传输需求。
本装置的关键参数如表1所示：
表1关键参数
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于1553B总线分支中继转换的装置，其特征在于，所述装置包括主机板和电源板；其中，
所述主机板，用于实现4M 1553B总线数据接收与中继转发的功能，同时通过板间栈接连接器将外部供电引入所述电源板；
所述电源板，用于对所述外部供电进行二次转换，并通过所述板间栈接连接器回送所述主机板以供所述主机板正常工作所用；
所述装置通过对外连接器与4M 1553B总线系统电气电缆进行信号和供电交互。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主机板包括FPGA、总线收发器、隔离变压器；集成在所述FPGA内的4M 1553B编码模块编解码与时序控制逻辑、总线收发器与隔离变压器组成4M 1553B主总线分支线接口；集成在所述FPGA内的4M 1553B编码模块编解码与时序控制逻辑、总线收发器、隔离变压器、隔离电阻与终端匹配电阻组成中继总线接口；其中，
所述FPGA内的4M 1553B编码模块编解码与时序控制逻辑包括PLL模块、4M 1553B编码模块、4M 1553B解码模块与4M 1553B中继控制模块；其中，所述PLL模块使用所述FPGA内嵌的PLL模块，完成16MHz外部输入时钟的倍频功能；所述4M 1553B编码模块用于完成4M1553B消息字的编码；所述4M 1553B解码模块用于完成4M 1553消息字的解码；所述4M1553B中继控制模块用于完成从主总线分支线到中继总线与中继总线到主总线分支线两个方向有效数据的实时转发控制。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源板在将输入的28.5V直流电防反处理后进行滤波，然后将输入的28.5V直流电变换成5V隔离电源，变换完成的电压再经过滤波电路最终输出。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主机板和电源板设置在机箱内，所述机箱框架上设置有所述对外连接器。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述机箱底部设置有减振器。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述机箱采用铝合金板材。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述PLL模块的倍频输出为40MHz和80MHz。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置支持A、B双通道，两个通道相互独立。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的通信速率为4Mbps，中继延时2us，最远中继距离60米。
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