CN202307471U - 高速数据总线用小型在线耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于数据传输技术领域，具体涉及一种高速数据总线用小型在线耦合器。用于4-10Mbit/S的高速数据总线(1553总线)系统。它是在磁环上绕制初级、次级线圈得到的在线耦合器，其中，在磁环上首先绕制上的是次级线圈，然后是初级线圈，然后再次是次级线圈；内外两层次级线圈绕制方向相同，与初级线圈绕制方向成20～40度的夹角。本实用新型的优点是减小分布电容、提高互感，该产品具有高性能、高可靠性，适用于最新的军用高速数据总线，填补了高速数据总线用小型在线耦合器的市场空白。

Description

高速数据总线用小型在线耦合器

技术领域

本发明涉及一种高速数据总线用小型在线耦合器，本发明中，高速数据总线主要是指1553总线，但是，不排除在此之外的数据总线中的应用。

背景技术

随着1553总线的应用和推广，我所研制了频率为4-10Mbit/S的总线系统，但是市场上只能买到按照1Mbit/S的美军MIL-STD-1553A/B标准设计生产的小型在线耦合器，在4-10Mbit/S数据总线系统中使用，性能大幅下降，无法满足总线系统标准的要求。

在线耦合器是高速数据总线中的关键元件，它把各设备与高速数据总线进行双向连接。起到信号双向传输、阻抗匹配、故障隔离、改善总线频率响应特性、提高共模抑制比等作用。

为此航天8357研究所研制了适用于4-10Mbit/S数据总线的小型在线耦合器。实现了高频条件下的高电感量、低电容量、高交流阻抗、高共模抑制比等性能，并在-55℃-125℃温度范围内参数变化满足上述要求。

在国外有些权威机构如(ASSC)和相关专业人员一直致力于高速1553总线的研究。但由于对我国的技术封锁，国内技术人员一直无法查到相关资料，直到2005年～2006年才由ASSC陆续公布了部分研究报告，而有些现在仍无法获得(如SAE草案报告AIR5591)，但从已查到的研究报告中可以明确的得出结论，国外也采用在原有1553B总线基础上提速，由此可见，我们进行的4-10Mbit/s数据总线研制工作，从理论研究、实现方法和最终结论等方面都和国外相关研究一致，符合国际军用总线的发展趋势。

随着高速1553总线技术的不断推广，能够带来空军、海军、陆军及其它国防装备或者民用设施的更新换代的变化，为提高我军的装备水平与作战能力创造了重要的条件。

发明内容

本发明的目的是设计一种高速数据总线用小型在线耦合器，用于4-10Mbit/S的高速数据总线系统中，双向传输数据，并起到电气隔离、阻抗匹配的作用。

本发明是这样实现的：一种高速数据总线用小型在线耦合器，是在磁环上绕制初级、次级线圈得到的在线耦合器，其中，在磁环上首先绕制上的是次级线圈，然后是初级线圈，然后再次是次级线圈；内外两层次级线圈绕制方向相同，与初级线圈绕制方向成20～40度的夹角。

本发明的优点是：可以应用在数据传输率为4-10Mbit/S的数据总线系统中，减小分布电容、提高互感，实现电气隔离、阻抗匹配、信号传输等功能。

在具体的实施过程中，使用本发明所述结构的小型在线耦合器，经过试验优化，定型后，可以达到如下效果：

1.高频性能好，在4-10Mbit/S总线应用中，比进口同类产品波形畸变小、总线衰减减小50％；

2.次级电感量大于10mH；

3.初级漏感小于10uH；

4.层间电容小于25pF，

5.在4-10Mbit/S高频状态下，使传输的波形达到波形完整性的要求，过冲电压小于10％，共模抑制比大于50dB，交流阻抗大于4kΩ，达到了数据总线系统对小型在线耦合器的传输要求；同比的进口小型在线耦合器，过充电压大于15％，共模抑制比小于35dB，交流阻抗小于2kΩ；对比两者，可以看到参数明显提高，并且在实际使用中，完全改善了进口同类产品造成的信号衰减和畸变，解决了高速数据总线物理介质的制约瓶颈；

6.绝缘电阻大于1000MΩ、介质耐电压大于200V；极限温度范围为-65℃-140℃；耐湿热、盐雾、霉菌、振动、冲击等性能完全达到美军标的要求。

附图说明

图1为本发明电路示意图；

图2为本发明物理尺寸和外形图；

图3为本发明结构剖面图；

图4为本发明应用实例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1所示，一种高速数据总线用小型在线耦合器，是在磁环上绕制初级、次级线圈得到的隔离变压器，外形如图2所示，图2中，展示了2种基本的形式，即封装1个在线耦合器和封装2个在线耦合器的形式，总线电缆的数量均一致，为2个接头，每个接头均是双绞线，包含2根线，封装1个在线耦合器的时候，只有一个短截线接头，为双绞线，封装2个在线耦合器的时候，为2个接头，每个接头上都是双绞线。

其中，在磁环上首先绕制上的是次级线圈，然后是初级线圈，然后再次是次级线圈；内外两层次级线圈绕制方向相同，与初级线圈绕制方向成20～40度的夹角，实际应用中，绕线方式为人工绕线，所以夹角为一范围，在30度附近均可，不需要精确到度。

因为电感量决定了低频状态下的交流阻抗，分布电容决定了高频状态下的交流阻抗，为了保证隔离变压器在300kHz-4MHz的频带范围内，具有合格的阻抗特性，必须找到优化方案，以兼顾高低频两种矛盾的需求。减小分布电容的方法是初次级叠层交叉绕制，见图3；为了减小漏电感，初级线圈包裹在次级线圈之中，紧密绕制，以增加互感，减小电磁场的泄露；

为了进一步提高性能，缩小体积，本实施例中，高速数据总线用小型在线耦合器使用了磁导率为6000～9000之间，脉冲磁导率为3000～4000锰锌铁氧体作为变压器的导磁体；选取高脉冲磁导率的磁性材料实现高电感量的要求；得到小体积磁芯，减小了磁路长度，进一步提高电感量；经过优化后，脉冲磁导率为4000，磁环直径由10mm减小为6mm，饱和磁化强度为400mT。

进一步的，采用提高高速数据总线用小型在线耦合器各方面性能的设计和考虑，例如：使用聚酰亚胺漆包线，可耐受230℃高温，具有非常强的抗腐蚀特性；

线绕电阻采取了低电感绕制技术，双向对绕的电阻丝可以使电阻自身的电感量小于30nH，使高频状态下的电抗影响值小于1％。

印制线的设计考虑了总线电缆阻抗的匹配性，正负信号线之间的高频特征阻抗值在73-81Ω之间，使反射降到最低；

使用聚四氟乙烯包裹的双层屏蔽双绞线，特征阻抗为77Ω；外壳材料为镀锡铝合金，具备良好的电磁兼容性和机械强度。

在市面上常见的封装材料中，按照设计需要进行选择，例如，选择：双组份硅橡胶作为灌封材料；起到良好的密封和缓冲作用，保证在高量级的振动试验中机械性能不损坏。同时具有优异的抗腐蚀性能和寿命。上述选择本领域技术人员可以按照设计需要自行进行选择。

在应用时，如图4所示，小型在线耦合器的初级连接在数据总线短截线端，次级和高速数据总线主总线相连。当此路设备作为发送单元时，负责把短截线上传过来的曼彻斯特编码信号，传送到主总线上，信号经过主总线，经故障隔离电阻，传送到其他耦合器次级，经过隔离变压器，传送到到收发器的信号接收芯片，形成一次完整的数据发送和接收。任何一个耦合器都可以实现数据信号的双向传送，并可实现当某一个短截线出现短路的时候，信号照样可以在其他的数据通路之间传送。

如上所述，本发明通过对小型在线耦合器的原理分析，通过在结构上和绕线方式的优化设计，同时选择适合的磁性材料，实现了最终的优良性能。

该产品具有高性能、高可靠性，适用于最新的军用高速数据总线，填补了小型在线耦合器的市场空白。

Claims (1)

1.一种高速数据总线用小型在线耦合器，是在磁环上绕制初级、次级线圈得到的隔离变压器，其特征在于：在磁环上首先绕制上的是次级线圈，然后是初级线圈，然后再次是次级线圈；内外两层次级线圈绕制方向相同，与初级线圈绕制方向成20～40度的夹角。

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