CN110546927B

CN110546927B - 包括机架和现场可更换模块的系统

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Publication number: CN110546927B
Application number: CN201880024243.5A
Authority: CN
Inventors: F·吉约; J-M·布利诺; P·阿维尼翁; S·洛克斯; F·阿尔贝罗
Original assignee: Safran Electronics and Defense SAS; Safran Electrical and Power SAS
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS; Safran Electrical and Power SAS
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2021-09-17
Anticipated expiration: 2038-04-11
Also published as: US20200127706A1; FR3065349A1; US11012120B2; EP3610616B1; WO2018189264A1; FR3065349B1; CN110546927A; EP3610616A1

Abstract

一种系统，包括机架和至少一个现场可更换模块，所述机架进一步包括主传输电路(1)，所述主传输电路(1)包括主天线(2)、被设计成生成包含上行链路数据(18)的已发射功率的主发射组件(7、8)，以及被设计成接收下行链路数据(68)的主接收组件(26、27、28)，所述现场可更换模块包括副传输电路(40)，所述副传输电路(40)包括副天线(41)、被设计成接收所述已发射功率和所述上行链路数据的副接收组件(45、51、54、52)，以及被设计成生成所述下行链路数据的副发射组件(61、62、63)，所述已发射功率、所述上行链路数据和所述下行链路数据经由所述主天线(2)和所述副天线之间的共享耦合来被传送。

Description

包括机架和现场可更换模块的系统

本发明涉及包括机架和现场可更换(line-replaceable)模块的系统的领域。

发明背景

在许多工业领域，且尤其是在航空工程领域中，电气系统的设计人员经常将各LRM(表示现场可更换模块)纳入电气系统中。若干现场可更换模块因而被一起分组在机架中，以形成集中且模块化的结构。

现场可更换模块的使用提供了许多优点。现场可更换模块的使用尤其使得汇集与所述现场可更换模块的操作相关联的某些功能成为可能：电源、通信、冷却等。现场可更换模块的使用还使得下列各项成为可能：提供显著的模块性、促成现场可更换模块的维护和更换的操作，以及显然地，减少与现场可更换模块相关联的成本(开发、生产、测试、认证和其他成本)。

在现场可更换模块的生产阶段，目的是促成现场可更换模块的自检功能的实现，这些自检功能必须足够广泛且自动化。还存在促成软件配置的下载的目的。并且还存在限制损坏连接系统的风险(这也通过简单的等电位检查装置进行测试)的目的。连接器的插脚可尤其在现场可更换模块的连接之时或者当现场可更换模块掉落时被扭转。

因此，重要的是要消除用于启动自检功能和用于下载软件配置的手动操作。在自检功能的实现期间，能够检查整个现场可更换模块的运行状态也很重要。而且，应当可以下载诸基本功能性，并且可以在不干扰先前请求的情况下对它们进行测试。

在存储阶段，现场可更换模块应能够被保存而不带退化，有时甚至达若干年，同时允许在任何时刻下载满足飞行器的需求的新软件配置。

因此，在这里再次重要的是消除用于下载软件配置的手动操作。保护现场可更换模块不受湿度、灰尘和机械冲击(诸如撞击)也很重要。此外，重要的是在长期存储中(有时达若干年)维持现场可更换模块的电子组件的性能水平。还应当可以检查整个现场可更换模块的运行状态。另外，应当可以下载新软件配置和新功能性，并且能够在不干扰先前请求的情况下对它们进行测试。最后，应当可以在现场可更换模块已被重新配置之后保存其可导航性，也就是说，在每次重新配置时都不损害其认证。

在运行阶段，现场可更换模块应当能够定期地进行自检，并且应当允许新软件配置的下载。

因此，重要的是能够检查整个现场可更换模块的运行状态。另外，应当可以下载新软件配置和新功能性，并且能够在不干扰先前请求的情况下对它们进行测试。集成的自检功能应当涵盖将被直接下载至飞行器的应用更新。利用有关电磁兼容性和雷电的要求来保存现场可更换模块的兼容性也很重要。

发明主题

本发明的主题是一种包括机架和现场可更换模块的系统，该系统满足以上列出的要求。

发明内容

为了达成该目的，提出了一种系统，该系统包括机架和至少一个现场可更换模块，该机架包括用于容纳现场可更换模块的插槽，该机架进一步包括主传输电路，该主传输电路包括主天线、被布置成生成包含上行链路数据的已发射功率的主发射组件，以及被布置成接收下行链路数据的主接收组件，现场可更换模块包括副传输电路，该副传输电路包括副天线、被布置成接收已发射功率和上行链路数据的副接收组件，以及被布置成生成下行链路数据的副发射组件，已发射功率、上行链路数据和下行链路数据经由主天线和副天线之间的一个且相同的耦合来被传送。

根据本发明的系统因此使得可以在刚刚已被描述的阶段期间下载新软件配置并为现场可更换模块的各组件上电，而无需打开现场可更换模块或者经由其连接系统将其连接到外部装备。

而且，尤其是在存储阶段期间，现场可更换模块可以被封装在密封的保护罩中。功率的传输和通信通过保护罩来被执行，而无需打开保护罩。现场可更换模块因而被保护而免受外部冲击。

还提出了一种用于将现场可更换模块存储在刚刚已被描述的系统的机架中的方法，该存储方法包括以下步骤：

-将现场可更换模块封装在紧密且电绝缘的保护罩中；

-密封保护罩；

-将现场可更换模块定位在机架的插槽中。

进一步提出了一种现场可更换模块，该现场可更换模块包括副传输电路，该副传输电路包括副天线、被布置成接收已发射功率和被包含在已发射功率中的上行链路数据的副接收组件，以及被布置成生成下行链路数据的副发射组件，该现场可更换模块被布置成实现刚刚已被描述了的存储方法。

最后，提出了一种航空电子机架，该航空电子机架包括盒子和多个诸如刚刚已被描述了的现场可更换模块，该航空电子机架包括相对于现场可更换模块被定位的导电元件，以致使现场可更换模块的副天线不起作用。

在阅读了下面的对本发明的特定的非限制性实施例的描述之后，本发明的其他特征及优点将显见。

附图说明

将参考附图，其中：

-图1表示根据本发明的系统的机架的主传输电路(或主电路)和现场可更换模块的副传输电路(或副电路)。

-图2表示主电路；

-图3表示由主电路传送到副电路的上行链路数据；

-图4表示副电路。

发明的详细描述

此处以一种情形来解说本发明，在该情形中，多个现场可更换模块在存储阶段中被存储在存储机架中。诸现场可更换模块旨在各自在存储阶段结束时被合并到飞行器的嵌入式系统中。

存储机架包括多个插槽，每个插槽旨在容纳现场可更换模块。

存储机架的每个插槽包括主传输电路，在此被称为“主电路”。每个现场可更换模块包括副传输电路，在此被称为“副电路”。

存储机架的插槽的主电路和被定位在所述插槽中的现场可更换模块的副电路被布置成在所述插槽和现场可更换模块之间实现功率、上行链路通信和下行链路通信的传输。

功率的传输是由主电路生成的旨在用于副电路的已发射功率在低频f0处的发射。

上行链路通信是由主电路生成的旨在用于副电路的上行链路数据在低频f0处的传输。

上行链路通信中的上行链路数据的比特率是介于100kb/s和1Mb/s之间的低比特率。

下行链路通信是由副电路生成的旨在用于主电路的下行链路数据在高频f1处的传输。

下行链路通信中的下行链路数据的比特率是高于低比特率且介于10Mb/s和100Mb/s之间的高比特率。

主电路包括主天线，而副电路包括副天线。

功率的传输、上行链路通信和下行链路通信是经由主天线和副天线之间的一个且相同的电磁耦合来执行的。在这种情况下，电磁耦合是电感耦合。电感耦合要求在主天线和副天线之间的一定的邻近度。有利地，主天线和副天线彼此面对地设置并且相距0.1cm和20cm之间。

参考图1和图2，主电路1首先包括主天线，该主天线在这里是展现出第一主电感2的导线的绕组。第一主电感2包括两个端子，其中一个端子被链接到第一主导体3，而另一端子则被链接到第二主导体4。

第一主电容5与第一主电感2并联地安装。第一主电感2的值和第一主电容5的值被选择成使得第一主电感2和第一主电容5在低频f0处形成第一主谐振电路。

为了生成已发射功率和上行链路数据，主电路1包括主发射组件，该主发射组件在此包括两相生成器L 7、功率桥8、电流传感器9、电压传感器和主伺服控制模块11。

功率桥8包括其输出被连接至第一主导体3的同相放大器12，以及其输出被连接至第二主导体4的反相放大器13。

电压传感器包括采集组件14和测量组件15。

参考图3，NRZ编码的上行链路数据17被传送到两相生成器L 7，该两相生成器L 7将NRZ编码的上行链路数据17变换成两相L编码的上行链路数据18。CLK信号是时钟信号19，其对NRZ编码的上行链路数据17和两相L编码的上行链路数据18规整步调。

两相L编码的上行链路数据18是在上行链路通信中由主电路1以低频f0传送到副电路的上行链路数据。

上行链路数据18被传送到同相放大器12和反相放大器13。

当上行链路数据18对应于NRZ低状态时，同相放大器12根据等于低频f0的载波频率在第一主导体3中生成第一主电流I1。

当上行链路数据18对应于NRZ高状态时，反相放大器13根据等于低频f0的载波频率在第二主导体4中生成第二主电流I2。

第二主电流I2相对于第一主电流I1相移达180°，并且因此相对于第一主电流I1相位反转。

第一主谐振电路使得可以最大化由第一主电流I1和第二主电流I2在第一主谐振电路的端子处生成的主电压Vp。

主电压Vp、第一主电流I1和第二主电流I2因此形成已发射功率，该已发射功率经由电感耦合被传送到副电路。

需要注意，两相L编码的使用使得可以获得零平均分量的已发射功率，这使得可以经由在主天线和副天线之间的电感耦合来更有效地传送已发射功率。

功率的传输和上行链路通信因此使用相同的上行链路电信号：上行链路数据被包含在已发射功率中。

电流传感器9测量由功率桥8消耗以生成第一主电流I1和第二主电流I2的电流。电流测量由主伺服控制模块11采集。

电压传感器的采集组件14在第一主谐振电路的端子处采集等于主电压Vp的主励磁电压Vep。电压传感器的测量组件15测量主励磁电压Vep的电平，并将其传送至主伺服控制模块11。

除了测量由功率桥8消耗的电流和主励磁电压Vep之外，主伺服控制模块11还接收功率桥8的操作所必需的能量E。

主伺服控制模块11因而在主电路1中实现第一伺服控制环路，以定义同相放大器12和反相放大器13的操作点。

主电路1进一步包括被安装在第一主导体3上的第一主滤波电感21和被安装在第二主导体4上的第二主滤波电感22。第一主滤波电感21和第二主滤波电感22产生高频绝缘，使得源自主天线(和来自下行链路通信)的高频分量f1不会干扰功率桥8和功率桥8上游的各组件(即，在图1中坐落于功率桥8的左侧的各组件)的操作。

为了接收下行链路数据，主电路1包括主接收组件，该主接收组件包括第二主电容25、主变压器26、第三主电容27和主解调器28。

主变压器26包括第一主绕组29和第二主绕组30。

第二主电容25与第一主电容5串联地安装。第一主绕组29与第二主电容25并联地连接。第三主电容27与第二主绕组30并联地安装。

第一主绕组29、第二主绕组30的电感值以及第二主电容25和第三主电容27的值被选择成使得这些组件在高频f1处形成第二主谐振电路。

主解调器28与第二主绕组30并联地安装。主解调器28被布置成对高频信号f1进行解调。主解调器28从第二主绕组30和第三主电容27的端子处的电压中提取下行链路数据。

第二主谐振电路使得可以在下行链路通信中优化对由副电路以高频f1发射的下行链路数据的接收。

参考图1和图4，副电路40首先包括副天线，该副天线在这里是展现出第一副电感41的导线的绕组。第一副电感41包括两个端子，其中一个端子被链接到第一副导体42，而另一端子则被链接到第二副导体43。

第一副电容44与第一副电感41并联地安装。第一副电感41的值和第一副电容44的值被选择成使得第一副电感41和第一副电容44在低频f0处形成第一副谐振电路。

第一副谐振电路的使用使得可以最大化第一副谐振电路的端子处的副电压Vs。副电压Vs经由电感耦合由主电路1所发射的功率生成。

电感耦合以及因此第一主谐振电路和第一副谐振电路的设置被优化以最大化副电压Vs并确保上行链路和下行链路数据的良好接收质量。

副电路40包括副接收组件，以用于接收已发射功率和上行链路数据。

为了接收已发射功率，副接收组件包括形成二极管桥45的四个二极管，二极管桥45形成全波整流器。

第一滤波电容46被安装在输出处，并与二极管电桥45并联地安装。

二极管桥45对作为交流电压的副电压Vs进行整流，使得第一滤波电容46的端子处的电源电压Va是直流电压。

副电路40还包括被安装在第一副导体42上的第一副滤波电感48和被安装在第二副导体43上的第二副滤波电感49。第一副滤波电感48和第二副滤波电感49产生高频绝缘，使得源自下行链路通信的高频分量f1不会干扰二极管桥45和二极管桥8下游的各组件(即，在图1中坐落于二极管桥45的右侧的各组件)的操作。

为了接收由主电路1传送的上行链路数据，副接收组件包括滤波组件51、电压传感器和副解调器52。

滤波组件51包括两个滤波电感53，每个滤波电感53被连接到第一副电感41的不同端子；以及被并联地安装到第一副电感41的第二滤波电容54。

电压传感器包括采集组件55和测量组件56。

两个滤波电感53和第二滤波电容54消除了源自下行链路通信的高频分量。

电压传感器的采集组件55在第二滤波电容54的端子处采集副励磁电压Ves。

副解调器52被连接在采集组件55的输出处。

副解调器52被布置成对低频f0处的信号进行解调。副解调器52从副励磁电压Ves中提取上行链路数据18。

电压传感器的测量组件56就其本身而言测量副励磁电压Ves的电平。

为了将下行链路数据传送到主电路1，副电路40包括副发射组件，该副发射组件在此包括第二副电容60、副变压器61、第三副电容62、发射极63和副伺服控制模块64。

副变压器61包括第一副绕组65和第二副绕组66。

第二副电容60与第一副电容44串联地安装。第一副绕组65与第二副电容60并联地连接。第三副电容62与第二副绕组66并联地安装。

第一副绕组65、第二副绕组66的电感值以及第二副电容60和第三副电容62的值被选择成使得这些组件在高频f1处形成第二副谐振电路。

下行链路数据68由副伺服控制模块64接收。副伺服控制模块64将它们传送到发射器63，该发射器63创建携带下行链路数据68的已调制电流。

下行链路数据68经由副变压器61被注入到第一副谐振电路的端子处的副电压Vs中。副电压Vs因此因变于下行链路数据68来被调制。

借助于电感耦合，对副电压Vs的调制调制了主电压Vp，并且下行链路数据68由主电路1经由主变压器26恢复。

副伺服控制模块64接收副励磁电压Ves的电平的测量。副伺服控制模块64在下行链路数据68中包括副励磁电压Ves的电平的测量。

因而，第二伺服控制回路由主电路1且由副电路40来实现。当主电路1接收到被包含在下行链路数据68中的副励磁电压Ves的电平的测量时，主电路1调适所发射的功率以使得副电压Vs的电平(其中副励磁电压Ves的电平是图像)精确地对应于期望值。

需要注意，在现场可更换模块被定位在存储机架的插槽中的时刻，修改由主电路1的功率桥8消耗的电流以使得副电压Vs对应于期望值，可被用来检测现场可更换模块的存在。系统被设计用于在接收到最小励磁信号之际(即，当主电路1处于等待现场可更换模块在插槽中定位的空闲模式时)的最小操作。

除了刚刚已被描述的副电路40之外，现场可更换模块还包括处理组件，例如微控制器或FPGA或处理器。处理组件尤其被布置成执行必须被下载到处理组件中的软件的指令。

现场可更换模块还包括下载组件，其使得将软件下载到处理组件中是可能的。

现场可更换模块进一步包括旨在为现场可更换模块的所有组件供电的电源组件。电源组件尤其包括转换器70和存储组件71(在图1中可见)。

现场可更换模块还包括保护组件，借助于该保护组件，现场可更换模块符合主系统制造商或飞行器制造商所规定的电磁兼容性和雷电的要求。

在刚刚已被援引的组件中，存在电化学电容器。

第一滤波电容46的端子处的电源电压Va通过转换器70被转换成存储电压。存储电压70被施加到存储组件71的端子，该存储组件71存储由副电路40接收的已发射功率。

所存储的能量因而在现场可更换模块的存储期间可用，而现场可更换模块除了主电路1以外不与任何能量源相连接。

所存储的能量可被用来为下载组件和处理组件供电。上行链路数据可接着包含软件配置，该软件配置将借助于下载组件被下载到处理组件中。

所存储的能量还可被用来为现场可更换模块的任何组件供电，以建立与主电路的上行链路通信或下行链路通信。

所存储的能量还可被用来为电化学电容器上电。因此避免了因长时间保持不上电所致的其退化。

有利地，现场可更换模块配备有RFID(射频标识)类型的电子标签，这使得标识现场可更换模块成为可能。电子标签在更新了的功能性必须被嵌入时需要由独立能量源来供电。这里的独立能量源包括电容器。这些电容器本身由被存储在存储组件71中的能量来充电。一种电池使用(其管理和运行维护是困难的根源)的有趣的替代方式因而被获得。现场可更换模块可因而通过传统的RFID阅读器来被远程地询问，而不会呈现出维护这些电池的缺点。

在将现场可更换模块定位在机架的插槽中之前，现场可更换模块被封装在紧密且电绝缘的保护罩中。保护罩接着被密封。现场可更换模块接着被保护而免受灰尘、氧化气体和机械冲击。保护罩的密封保证了保护罩没有被打开。

在生产阶段期间所执行的等电位检查测试之后，保护罩被放置就位。

在存储阶段期间，软件配置可以通过使用上行链路数据、通过保护罩且借助于电感耦合来被下载到现场可更换模块中。

同样，可通过使用已发射功率通过保护罩来为现场可更换模块的电容器上电。

仅当现场可更换模块离开要被安装在飞行器上的存储阶段时，保护罩才被移除。因而，现场可更换模块从生产阶段到其被安装在飞行器上达长时间段的时刻被完全地保护。

当现场可更换模块被安装在飞行器上时，其与其他现场可更换模块一起被定位在航空电子机架中。除了现场可更换模块之外，航空电子机架还包括盒子，该盒子包括用于容纳现场可更换模块的插槽。航空电子机架的插槽不包括任何主电路。相反，该盒子包括导电元件，在这种情况下是金属导轨。金属导轨相对于现场可更换模块的副天线延伸，从而创建电磁屏并致使副天线不起作用。任何非法侵入现场可更换模块的风险因而被避免，并且损坏现场可更换模块对电磁兼容性要求的遵守被避免。

显然，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖落在如由权利要求限定的本发明的范围内的任何变体。

尽管此处已指出容纳单个现场可更换模块的存储机架的每个插槽包括包含主天线的主电路，但可以使用一个且相同的主天线来传送功率并与若干现场可更换模块交换数据。

本发明不仅适用于现场可更换模块的存储阶段，而且可以在生产阶段或运行阶段期间被实现。于是，机架不再是存储机架，而是测试机架(在生产阶段中)或航空电子机架(在运行阶段中)。

Claims

1.一种包括机架和至少一个现场可更换模块的系统，所述机架包括用于容纳所述现场可更换模块的插槽，所述机架进一步包括主传输电路(1)，所述主传输电路(1)包括主天线(2)、被布置成生成包含上行链路数据(18)的已发射功率的主发射组件(7、8)，以及被布置成接收下行链路数据(68)的主接收组件(26、27、28)，所述现场可更换模块包括副传输电路(40)，所述副传输电路(40)包括副天线(41)、被布置成接收所述已发射功率和所述上行链路数据的副接收组件(45、51、54、52)，以及被布置成生成所述下行链路数据的副发射组件(61、62、63)，所述已发射功率、所述上行链路数据和所述下行链路数据经由所述主天线(2)和所述副天线之间的一个且相同的耦合来被传送。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主发射组件包括两相生成器L(7)。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主发射组件进一步包括被链接到所述两相生成器L(7)的同相放大器(12)和反相放大器(13)，所述同相放大器(12)的输出被连接到与所述主天线的第一端子相链接的第一主导体(3)，所述反相放大器(13)的输出被连接到与所述主天线的第二端子相链接的第二主导体(4)。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述耦合是电感耦合。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述已发射功率和所述上行链路数据(18)被以低比特率传送，而所述下行链路数据(68)则被以高比特率传送。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述低比特率介于100kb/s至1Mb/s之间，并且所述高比特率介于10Mb/s至100Mb/s之间。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，由所述副传输电路(40)接收的所述已发射功率被用于为所述现场可更换模块的电容器上电。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中由所述副传输电路(41)接收的所述已发射功率被用于为所述现场可更换模块的下载组件供电，并且其中所述上行链路数据包含被下载到所述现场可更换模块的处理组件中的软件配置。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下行链路数据被特别用于控制由所述主发射组件生成的主电压(Vp)。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述现场可更换模块被封装在紧密的、电绝缘且密封的保护罩中。

11.一种用于将现场可更换模块存储在根据前述权利要求中任一项所述的系统的机架中的方法，所述存储方法包括以下步骤：

将所述现场可更换模块封装在紧密且电绝缘的保护罩中；

密封所述保护罩；

将所述现场可更换模块定位在所述机架的插槽中。

12.根据权利要求11所述的存储方法，其特征在于，进一步包括通过使用所述已发射功率来为所述现场可更换模块的电容器上电的步骤。

13.根据权利要求12所述的存储方法，其特征在于，进一步包括通过使用所述上行链路数据将软件配置下载到所述现场可更换模块中的步骤。

14.一种现场可更换模块，包括副传输电路(40)，所述副传输电路包括副天线(41)、被布置成接收已发射功率和被包含在所述已发射功率中的上行链路数据的副接收组件，以及被布置成生成下行链路数据的副发射组件，所述现场可更换模块被布置成实现根据权利要求11到13中任一项所述的存储方法。

15.根据权利要求14所述的现场可更换模块，其特征在于，所述现场可更换模块被封装在紧密的、电绝缘且密封的保护罩中。

16.一种航空电子机架，包括盒子和多个根据权利要求14所述的现场可更换模块，所述航空电子机架包括相对于所述现场可更换模块被定位的导电元件，以致使所述现场可更换模块的副天线不起作用。