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MIL-STD-1553B总线系统搭建指导

2013/01/09

 

1.1553B总线协议
1.11553B总线介绍

 

 

MIL-STD-1553B(GJB 289A)是一种应用于机载电子设备间通信的共享式总线通信协议,以总线式拓扑结构连接最多31个终端设备互联,传输速率为1Mbps,在航空电子总线网络中占有重要地位,在舰船、坦克、导弹及卫星等运动平台上也有广泛的应用。基本的1553B总线拓扑图如图1所示,各个1553B终端都是通过短截线连接到总线上,总线的两端必须连接总线匹配电阻。

 

 总线基本扑朔.JPG

图1 1553B总线基本拓扑图
1553B总线使用屏蔽双绞线作为传输介质,互连线由主电缆和短截线组成。
        主电缆的最长长度一般不超过100米,两端使用与其传输阻抗匹配的总线终端电阻进行端接(如RT500078)。如果主电缆的长度过长,需要考虑传输延时和传输线的影响,1米的电缆的信号传输延时为5.3纳秒。例如,主电缆的长度为300米,则信号在主电缆上的最大传输延时约为1.6微秒。1553B总线消息从BC端传输到RT端需要1.6微秒的传输延时,响应的状态字从RT端到BC端也需要1.6微秒的传输延时。响应时间就增加了3.2微秒的传输延时,因此,BC端增加4微秒的最大响应时间(由1553B协议中规定的14微秒增加到18微秒)。
短截线是将1553B终端设备连接到主电缆的电缆。短截线的最大长度取决于它与主总线的连接方式,在直接耦合方式下,短截线长度不超过0.3米;在间接耦合方式下,短截线的长度不超过6米。
 
间接耦合,又称变压器耦合。间接耦合是指终端通过一个次级隔离变压器(如DBP20010)连接到主电缆上,隔离变压器位于终端设备的外部,主电线两端通过阻值等于电缆特征阻抗的电阻与耦合变压器相连,以确保传输线不匹配造成的反射最小。间接耦合与直接耦合相比,具有较好的电气隔离、阻抗匹配和较高的噪声抑制性能,电气隔离避免了终端故障或者短截线阻抗失配对主总线的影响,在实际的应用中应优先选择变压器耦合方式。
 
直接耦合方式是指用短截线将终端直接连接到主电缆上(通常使用T性连接器),隔离电阻和变压器位于终端设备的内部。在直接耦合情况下,虽然隔离电阻提供了在短接故障或终端短路的情况下对主总线的保护,但是实际使用过程中,要慎用或者不用直接耦合方式。因为一旦终端短路将会影响到整个总线通信,而直接短接也会极大影响总线上的阻抗匹配。
  
1.41553B总线连接规则
       应尽量使用间接耦合方式,避免使用直接耦合方式;
       间接耦合方式的短截线长度应小于6米。如一定要使用直接耦合方式,短截线长度应小于0.3米;
       主电缆的长度小于100米。
 
2. 1553B总线组件
2.11553B电缆和连接器
        1553B总线的主电缆和短截线都使用带屏蔽双绞线,电缆与电缆、电缆与1553B终端设备、电缆与耦合器之间都使用双轴连接器进行连接(如PL75-47、CJ70-47、BJ76等),如图2所示。
 

02.jpg 

图2 1553B连接器和电缆
       1553B主电缆两端必须连接终端电阻,一般使用78欧姆,2瓦,精度为1%的电阻,如RT500078,终端电阻的外形如图3所示:

 01.JPG

图3 终端电阻
       在实际应用中终端电阻不是可选的,主电缆两端的终端电阻必须要连接。
2.3总线耦合器和T型连接器
       在间接耦合方式中,要使用总线耦合器连接1553B主电缆和短截线,耦合器可扩展1~8个短截口,常用的耦合器(DBP20010)如图4所示:

02.JPG

图4 总线耦合器
 
       上图为2个短截口的耦合器,左右两侧的接口用连接1553B主电缆,下侧的2个短截口用于连接1553B终端设备。在实际应用中,请注意不要使用两侧的接口来连接终端设备,也不要使用下侧的端接口来连接1553B主电缆。
在直接耦合方式中,使用T型连接器连接1553B主电缆和扩展1553B终端设备,常用的T型连接器(BN73)如图5所示:

 03.JPG

图5 T型连接器
       通过T型连接器扩展出来的1553B短截线长度应小于0.3米。
2.4RFI端子
       一般情况下,为防止电磁干扰、保持短截口清洁,在耦合器的未使用短截口需要连接RFI端子,常用的RFI端子(RT50000,RT50000nc)如图6所示:
 
04.JPG
 
图6 RFI端子
 
       在实际使用中,由于终端电阻的阻抗远小于1553B终端设备的阻抗,不能使用78欧姆的终端电阻(如RT500078)连接耦合器上未使用的短截口。如果没有FRI端子,可以使未使用的短截口断开,不连接任何端子。
 
3.搭建1553B总线系统
3.11553B总线系统的组件
       在连接1553B总线之前,需要准备好1553B总线所需要的各个组件,包括1553B终端设备、1553B延长线、总线耦合器(或T型连接器)、终端电阻。该章节介绍了间接耦合方式的1553B总线连接方法,直接耦合方式,将图中的总线耦合器换成T型连接器即可。
3.2连接21553B终端设备
       在实验室测试中,经常会遇到将使用2个1553B终端设备组成一个简单的1553B总线系统,通常一个终端为BC,另外一个设备为RT。一般使用1个总线耦合器和2个终端电阻即可实现2个1553B终端设备的连接。

 

05.JPG

图7 2个1553B终端设备连接图
       该种间接耦合方式连接的实物图如下:
 

耦合02-2.jpg

图8 2个1553B终端设备连接实物图
该种连接方式需要以下组件:
表1:间接耦合连接所需组件

组件

数量

型号

说明

1553B板卡

2块

CAV-1553B-PCI-1M

CAV-1553B-PMC-1M

在实际的使用过程中,需要至少2块1553B板卡或设备

1553B 板卡配套线缆

2个

CAV-1553B-CABLE-1CH

1553B板卡配套线缆的作用是引出1553B通用的接插件(CJ70-47)

1553B 延长线

4根

CAV-1553B-CABLE-1M

每款1553B板卡的冗余总线A总线和B总线各需要一条延长线连接到耦合器上长度约为1米,两端的接插件为:PL75-47

1553B 耦合器

2个

DBP20010

1553B总线耦合器,可以扩展出2个1553B设备终端,如需要扩展多个终端,可选择

1553B 总线匹配电阻

4个

RT500078

总线匹配电阻,如果1553B耦合器不级联其他的耦合器,需要使用RT500078连接

 

上图的配置方式中,整个1553B主电缆是集成在总线耦合器中。另外一种等价的连接方式如下图所示,使用2个总线耦合器连接方法:       

    06.JPG

图9 等价的2个1553B终端设备连接图
      
        以上的连接方式,是组成1553B总线系统所需要的最基本组件。在实际的应用中,比较常见的错误就是使用1553B短截线直接将2个1553B终端设备连接在一起,不使用任何的总线耦合器(或T型连接器)和终端电阻。这种连接会造成1553B总线阻抗不匹配,严重时,会导致1553B数据传输错误。因此,在实际应用中,一定要严格遵守1553B总线的连接要求。
 
      
        绝大多数的1553B总线都是双冗余的系统,双冗余总线包括一个主总线(Bus A)和一个从总线(Bus B),双冗余总线的连接方法如下图所示:

07.JPG

图10 双冗余总线连接图
      
        在连接过程中,要保持Bus A和Bus B总线的相互独立,不要使用一个总线耦合器将Bus A和Bus B总线连接在一起。
 
3.4 连接大型的1553B总线系统
        在实际的应用中,可能会遇到将多个1553B终端设备连接在一起组成一个大型的1553B总线系统,下图为一个由6个终端设备组成的双冗余1553B总线系统。
 

 08.JPG

图11 复杂的双冗余总线连接图
 
        在这个基本的拓扑结构上,可以通过添加或减少1553B终端设备,来搭建需要的1553B总线系统。要注意短截线的长度不要超过6米(在直接耦合方式下不超过0.3米),主电缆的总长度不超过100米。如果需要更长的主电缆的长度,需要考虑传输延时和传输线的影响。
        北京石竹科技股份有限公司提供全套的1553B系统解决方案,包括1553B IP核、1553B接口卡(PCI/PMC/CPCI/PC104/USB/PCIe/XMC等规格,单功能或全功能)、1553B总线仿真测试软件(FlightPack-1553B)、1553B总线耦合器、终端电阻、1553B电缆、1553B连接器及1553B总线仿真测试系统,可满足客户的各种1553B总线的仿真、测试等需求。
 
        目前,市场上的1553B产品,需要使用跳线或匹配电阻来选择直接耦合或间接耦合方式,为方便客户使用,在PCIB和USB规格的1553B产品中,直接耦合和间接耦合功能可以通过软件配置实现,增加了总线波形采集、电气检测、错误注入、板载超大数据缓存(128MB)等功能,将大大的提升产品本身的性能和使用的便捷性。