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MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)搭建指導(dǎo)-V1.0.pdf
1553B總線協(xié)議
1553B總線介紹
MIL-STD-1553B（GJB 289A）是一種應(yīng)用于機(jī)載電子設(shè)備間通信的共享式總線通信協(xié)議，以總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接最多31個(gè)終端設(shè)備互聯(lián)，傳輸速率為1Mb/s，在航空電子總線網(wǎng)絡(luò)中占有重要地位，在艦船、坦克、導(dǎo)彈及衛(wèi)星等運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上也有廣泛的應(yīng)用?；镜?/span>1553B總線拓?fù)鋱D如圖1所示，各個(gè)1553B終端都是通過(guò)短截線連接到總線上，總線的兩端必須連接總線匹配電阻。
圖1 1553B總線基本拓?fù)鋱D
1553B總線使用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，互連線由主電纜和短截線組成。
主電纜的最長(zhǎng)長(zhǎng)度一般不超過(guò)100米，兩端使用與其傳輸阻抗匹配的總線終端電阻進(jìn)行端接（如CHR96001）。如果主電纜的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，需要考慮傳輸延時(shí)和傳輸線的影響，1米的電纜的信號(hào)傳輸延時(shí)為5.3納秒。例如，主電纜的長(zhǎng)度為300米，則信號(hào)在主電纜上的最大傳輸延時(shí)約為1.6微秒。1553B總線消息從BC端傳輸?shù)絉T端需要1.6微秒的傳輸延時(shí)，響應(yīng)的狀態(tài)字從RT端到BC端也需要1.6微秒的傳輸延時(shí)。響應(yīng)時(shí)間就增加了3.2微秒的傳輸延時(shí)，因此，BC端增加4微秒的最大響應(yīng)時(shí)間（由1553B協(xié)議中規(guī)定的14微秒增加到18微秒）。
短截線是將1553B終端設(shè)備連接到主電纜的電纜。短截線的最大長(zhǎng)度取決于它與主總線的連接方式，在直接耦合方式下，短截線長(zhǎng)度不超過(guò)0.3米；在間接耦合方式下，短截線的長(zhǎng)度不超過(guò)6米。
間接耦合
間接耦合，又稱變壓器耦合。間接耦合是指終端通過(guò)一個(gè)次級(jí)隔離變壓器（如2子線盒式耦合器CHR95002）連接到主電纜上，隔離變壓器位于終端設(shè)備的外部，主電線兩端通過(guò)阻值等于電纜特征阻抗的電阻與耦合變壓器相連，以確保傳輸線不匹配造成的反射最小。間接耦合與直接耦合相比，具有較好的電器隔離、阻抗匹配和較高的噪聲抑制性能，電器隔離避免了終端故障或者短截線阻抗失配對(duì)主總線的影響，在實(shí)際的應(yīng)用中應(yīng)優(yōu)先選擇變壓器耦合方式。
直接耦合
直接耦合方式是指用短截線將終端直接連接到主電纜上（通常使用T性連接器，如2子線線式耦合器CHR95009），隔離電阻和變壓器位于終端設(shè)備的內(nèi)部。在直接耦合情況下，雖然隔離電阻提供了在短接故障或終端短路的情況下對(duì)主總線的保護(hù)，但是實(shí)際使用過(guò)程中，要慎用或者不用直接耦合方式。因?yàn)榻K端短路會(huì)影響到整個(gè)總線，而直接短接也會(huì)極大影響總線上的阻抗匹配。
1553B總線連接規(guī)則
應(yīng)盡量使用間接耦合方式，避免使用直接耦合方式；
間接耦合方式的短截線長(zhǎng)度應(yīng)小于6米。如一定要使用直接耦合方式，短截線長(zhǎng)度應(yīng)小于0.3米；
主電纜的長(zhǎng)度小于100米。
1553B總線組件
1553B電纜和連接器
1553B總線的主電纜和短截線都使用帶屏蔽雙絞線，電纜與電纜、電纜與1553B終端設(shè)備、電纜與耦合器之間都使用雙軸連接器進(jìn)行連接（如PL75-29、PL75-47、CJ70-47、BJ76、DK-621-0411-P等），如圖2所示。
圖2 1553B連接器和電纜
雙軸連接器中間的引腳連接1553B總線的正信號(hào)（電纜的藍(lán)色導(dǎo)線）；內(nèi)部的導(dǎo)線圈連接1553B總線的負(fù)信號(hào)（電纜的白色導(dǎo)線）；外部的金屬殼連接地信號(hào)（電纜的屏蔽層）。
終端電阻
1553B主電纜兩端必須連接終端電阻，一般使用78歐姆，2瓦，精度為1%的電阻，如CHR96001，終端電阻的外形如下圖所示：
圖3 終端電阻
在實(shí)際應(yīng)用中終端電阻不是可選的，主電纜兩端的終端電阻必須要連接。
總線耦合器和T型連接器
在間接耦合方式中，要使用總線耦合器連接1553B主電纜和短截線，耦合器可擴(kuò)展1~8個(gè)短截口，常用的3子線耦合器(CHR95003)如下圖所示：
圖4 總線耦合器
上圖為3個(gè)短截口的耦合器，左右兩側(cè)的接口用于連接1553B主電纜，下側(cè)的3個(gè)短截口用于連接1553B終端設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，請(qǐng)注意不要使用兩側(cè)的接口來(lái)連接終端設(shè)備，也不要使用下側(cè)的端接口來(lái)連接1553B主電纜。
在直接耦合方式中，使用T型連接器連接1553B主電纜和擴(kuò)展1553B終端設(shè)備，常用的T型連接器（BN73）如下圖所示：
圖5 T型連接器
通過(guò)T型連接器擴(kuò)展出來(lái)的1553B短截線長(zhǎng)度應(yīng)小于0.3米。
RFI端子
一般情況下，為防止電磁干擾、保持短截口清潔，在耦合器的未使用短截口需要連接RFI端子，常用的RFI端子（RT50000，RT50000nc）如下圖所示：
圖6 RFI端子
在實(shí)際使用中，由于終端電阻的阻抗遠(yuǎn)小于1553B終端設(shè)備的阻抗，不能使用78歐姆的終端電阻（如CHR96001）連接耦合器上未使用的短截口。如果沒(méi)有FRI端子，可以使未使用的短截口斷開(kāi)，不連接任何端子。
搭建1553B總線系統(tǒng)
1553B總線的組件
在連接1553B總線之前，需要準(zhǔn)備好1553B總線所需要的各個(gè)組件，包括1553B終端設(shè)備、1553B延長(zhǎng)線、總線耦合器（或T型連接器）、終端電阻。該章節(jié)介紹了間接耦合方式的1553B總線連接方法，直接耦合方式，將圖中的總線耦合器換成T型連接器即可。
連接2個(gè)1553B終端設(shè)備
在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，經(jīng)常會(huì)遇到將使用2個(gè)1553B終端設(shè)備組成一個(gè)簡(jiǎn)單的1553B總線系統(tǒng)，通常一個(gè)終端為BC，另外一個(gè)設(shè)備為RT。一般使用1個(gè)總線耦合器和2個(gè)終端電阻即可實(shí)現(xiàn)2個(gè)1553B終端設(shè)備的連接。
圖7 2個(gè)1553B終端設(shè)備連接圖
間接耦合方式連接的實(shí)物圖如下：
圖8 2個(gè)1553B終端設(shè)備連接實(shí)物圖
該種連接方式需要以下組件：
表1：間接耦合連接所需組件
組件 | 數(shù)量 | 型號(hào) | 說(shuō)明 |
1553B板卡 | 2塊 | CHR31201 | 在實(shí)際的使用過(guò)程中，需要至少2塊1553B板卡或設(shè)備 |
1553B 板卡專用電纜 | 2個(gè) | CHR91011 | 1553B板卡配套電纜的作用是引出1553B通用的接插件（PL75-47） |
1553B 耦合器 | 2個(gè) | CHR95002 | 1553B總線耦合器，可以擴(kuò)展出2個(gè)1553B設(shè)備終端，如需要擴(kuò)展多個(gè)終端，可選擇多子線耦合器 |
1553B 總線匹配電阻 | 4個(gè) | CHR96001 | 總線匹配電阻，如果1553B耦合器不級(jí)聯(lián)其他的耦合器，需要使用CHR96001連接 |
上圖的配置方式中，整個(gè)1553B主電纜是集成在總線耦合器中。另外一種等價(jià)的連接方式如下圖所示，使用2個(gè)總線耦合器連接方法：
圖9 等價(jià)的2個(gè)1553B終端設(shè)備連接圖
以上的連接方式，是組成1553B總線系統(tǒng)所需要的最基本組件。在實(shí)際的應(yīng)用中，比較常見(jiàn)的錯(cuò)誤就是使用1553B短截線直接將2個(gè)1553B終端設(shè)備連接在一起，不使用任何的總線耦合器(或T型連接器)和終端電阻。這種連接會(huì)造成1553B總線阻抗不匹配，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致1553B數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，一定要嚴(yán)格遵守1553B總線的連接要求。
雙冗余總線的連接
絕大多數(shù)的1553B總線都是雙冗余的系統(tǒng)，雙冗余總線包括一個(gè)主總線（Bus A）和一個(gè)從總線（Bus B），雙冗余總線的連接方法如下圖所示：
圖10 雙冗余總線連接圖
在連接過(guò)程中，要保持Bus A和Bus B總線的相互獨(dú)立，不要使用一個(gè)總線耦合器將Bus A和Bus B總線連接在一起。
連接大型的1553B總線系統(tǒng)
在實(shí)際的應(yīng)用中，可能會(huì)遇到將多個(gè)1553B終端設(shè)備連接在一起組成一個(gè)大型的1553B總線系統(tǒng)，下圖為一個(gè)由6個(gè)終端設(shè)備組成的雙冗余1553B總線系統(tǒng)。
圖11 復(fù)雜的雙冗余總線連接圖
在這個(gè)基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，可以通過(guò)添加或減少1553B終端設(shè)備，來(lái)搭建需要的1553B總線系統(tǒng)。要注意短截線的長(zhǎng)度不要超過(guò)6米（在直接耦合方式下不超過(guò)0.3米），主電纜的總長(zhǎng)度不超過(guò)100米。如果需要更長(zhǎng)的主電纜的長(zhǎng)度，需要考慮傳輸延時(shí)和傳輸線的影響。
參考文獻(xiàn)
1. 《GJB 5186-2003，數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線應(yīng)用手冊(cè)》，國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)，國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部出版，2003年9月第1版
2. 《GJB289-97，數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線》，國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)，國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部出版，1997年11月第1版
3. Application Note AN-005 Connecting the 1553 Bus，Conder Engineering, Inc.，2003
術(shù)語(yǔ)
1. BC：Bus Controller，1553B總線控制器
2. RT：Remote Terminal，1553B遠(yuǎn)程終端
3. BM：Bus monitor，1553B總線監(jiān)控器
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