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MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)搭建指導-V1.0.pdf
1553B總線協(xié)議
1553B總線介紹
MIL-STD-1553B（GJB 289A）是一種應用于機載電子設備間通信的共享式總線通信協(xié)議，以總線式拓撲結(jié)構連接最多31個終端設備互聯(lián)，傳輸速率為1Mb/s，在航空電子總線網(wǎng)絡中占有重要地位，在艦船、坦克、導彈及衛(wèi)星等運動平臺上也有廣泛的應用。基本的1553B總線拓撲圖如圖1所示，各個1553B終端都是通過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總線基本拓撲圖
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。
主電纜的最長長度一般不超過100米，兩端使用與其傳輸阻抗匹配的總線終端電阻進行端接（如CHR96001）。如果主電纜的長度過長，需要考慮傳輸延時和傳輸線的影響，1米的電纜的信號傳輸延時為5.3納秒。例如，主電纜的長度為300米，則信號在主電纜上的最大傳輸延時約為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，響應的狀態(tài)字從RT端到BC端也需要1.6微秒的傳輸延時。響應時間就增加了3.2微秒的傳輸延時，因此，BC端增加4微秒的最大響應時間（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終端設備連接到主電纜的電纜。短截線的最大長度取決于它與主總線的連接方式，在直接耦合方式下，短截線長度不超過0.3米；在間接耦合方式下，短截線的長度不超過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一個次級隔離變壓器（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備的外部，主電線兩端通過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主總線的影響，在實際的應用中應優(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主總線的保護，但是實際使用過程中，要慎用或者不用直接耦合方式。因為終端短路會影響到整個總線，而直接短接也會極大影響總線上的阻抗匹配。
1553B總線連接規(guī)則
應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度應小于6米。如一定要使用直接耦合方式，短截線長度應小于0.3米；
主電纜的長度小于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終端設備、電纜與耦合器之間都使用雙軸連接器進行連接（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（電纜的藍色導線）；內(nèi)部的導線圈連接1553B總線的負信號（電纜的白色導線）；外部的金屬殼連接地信號（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
在實際應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，耦合器可擴展1~8個短截口，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個短截口用于連接1553B終端設備。在實際應用中，請注意不要使用兩側(cè)的接口來連接終端設備，也不要使用下側(cè)的端接口來連接1553B主電纜。
在直接耦合方式中，使用T型連接器連接1553B主電纜和擴展1553B終端設備，常用的T型連接器（BN73）如下圖所示：
圖5 T型連接器
通過T型連接器擴展出來的1553B短截線長度應小于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
在實際使用中，由于終端電阻的阻抗遠小于1553B終端設備的阻抗，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。如果沒有FRI端子，可以使未使用的短截口斷開，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，需要準備好1553B總線所需要的各個組件，包括1553B終端設備、1553B延長線、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1553B終端設備
在實驗室測試中，經(jīng)常會遇到將使用2個1553B終端設備組成一個簡單的1553B總線系統(tǒng)，通常一個終端為BC，另外一個設備為RT。一般使用1個總線耦合器和2個終端電阻即可實現(xiàn)2個1553B終端設備的連接。
圖7 2個1553B終端設備連接圖
間接耦合方式連接的實物圖如下：
圖8 2個1553B終端設備連接實物圖
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 | 說明 |
1553B板卡 | 2塊 | CHR31201 | 在實際的使用過程中，需要至少2塊1553B板卡或設備 |
1553B 板卡專用電纜 | 2個 | 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 | CHR95002 | 1553B總線耦合器，可以擴展出2個1553B設備終端，如需要擴展多個終端，可選擇多子線耦合器 |
1553B 總線匹配電阻 | 4個 | CHR96001 | 總線匹配電阻，如果1553B耦合器不級聯(lián)其他的耦合器，需要使用CHR96001連接 |
上圖的配置方式中，整個1553B主電纜是集成在總線耦合器中。另外一種等價的連接方式如下圖所示，使用2個總線耦合器連接方法：
圖9 等價的2個1553B終端設備連接圖
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。在實際的應用中，比較常見的錯誤就是使用1553B短截線直接將2個1553B終端設備連接在一起，不使用任何的總線耦合器(或T型連接器)和終端電阻。這種連接會造成1553B總線阻抗不匹配，嚴重時，會導致1553B數(shù)據(jù)傳輸錯誤。因此，在實際應用中，一定要嚴格遵守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主總線（Bus A）和一個從總線（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
在連接過程中，要保持Bus A和Bus B總線的相互獨立，不要使用一個總線耦合器將Bus A和Bus B總線連接在一起。
連接大型的1553B總線系統(tǒng)
在實際的應用中，可能會遇到將多個1553B終端設備連接在一起組成一個大型的1553B總線系統(tǒng)，下圖為一個由6個終端設備組成的雙冗余1553B總線系統(tǒng)。
圖11 復雜的雙冗余總線連接圖
在這個基本的拓撲結(jié)構上，可以通過添加或減少1553B終端設備，來搭建需要的1553B總線系統(tǒng)。要注意短截線的長度不要超過6米（在直接耦合方式下不超過0.3米），主電纜的總長度不超過100米。如果需要更長的主電纜的長度，需要考慮傳輸延時和傳輸線的影響。
參考文獻
1. 《GJB 5186-2003，數(shù)字式時分制指令/響應型多路傳輸數(shù)據(jù)總線應用手冊》，國防科學技術工業(yè)委員會，國防科工委軍標出版發(fā)行部出版，2003年9月第1版
2. 《GJB289-97，數(shù)字式時分制指令/響應型多路傳輸數(shù)據(jù)總線》，國防科學技術工業(yè)委員會，國防科工委軍標出版發(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
術語
1. BC：Bus Controller，1553B總線控制器
2. RT：Remote Terminal，1553B遠程終端
3. BM：Bus monitor，1553B總線監(jiān)控器
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