PCB设计布线中的3种特殊走线技巧

作为当前航空航天电子设备首选的数据总线， 1553B 总线电缆网络的可靠性直接影响到整个系统的正常运行，总线故障甚至会造成难以估计的损失，因此电缆网络的生产加工、系统组装前、使用维护等各环节的检测是对使用1553B总线的整个系统可靠性的最基本的保障。

1 需求分析

传统的1553B电缆网络性能参数的全面测试，包含了静态电气性能测试、动态信号波形测试，需要用到万用表、特性阻抗分析仪、示波器、信号发生器、绝缘耐压测试仪等设备，整个测试过程十分繁琐，对测试人员要求高，耗时相当长，效率极低。一种高度集成化的系统，是集成了上述仪器仪表功能的智能化测试系统，整个过程全自动完成，无须人工干预，最终形成详细的测试分析报告，可大大提高测试效和可靠性。

2 总体设计方案

为能够适应内场和外场的测试场地以及运输的方便，本系统采用一体化便携型机箱结构，系统框图如图1所示。系统主要包括系统主控制处理单元，1553B总线测试专用单元，测量采集模块，测试接口单元。

图1高度集成化1553B系统的组成

主控单元采用嵌入式平板电脑，其丰富的外设可满足扩展各个系统模块的要求，可安装Windows XP操作系统。1553B总线测试专用单元基于FPGA设计，主板控制处理器、网络测试用的1553B总线控制器全部集成在FPGA内部，集成度高，体积小，达到便携式设计要求，实现信号激励源以及1553B协议通讯等。数据采集模块采用基于USB计，负责对总线上的数据信号的采集和对总线物理性能测量等，传输到主控单元进行分析处理。测试接口单元能实现被测网络接入的的继电器矩阵模块，是线缆与总线测试专用单元的桥梁。

2 硬件设计

2.1 主控单元

主控单元采用的是嵌入式工业级平板计算机，搭载触摸液晶显示屏，可安装Windows XP操作系统系统，具有多个USB、RS232、WLAN接口，为设计友好的人机交互界面提供了条件。

2.2 测量采集单元

测量采集单元选用的是基于USB接口的测量采集模块，其中内部已固定嵌入USB型的数字示波器和USB型数字万用表模块，外部可根据需求扩展USB型或串口型通讯的测试设备，例如绝缘电阻测试仪、介质耐压测试仪等。其中数字示波器具有以下性能，带宽200MHz，采样速率高达1 GS/s;支持2通道输入;存储深度为32Mpts;垂直分辨率8位 ;紧凑的便携式结构;最大输入CAT 130Vrms， 42Vpk。 数字万用表具有以下性能，分辨率位数为6为半， 2线或4线的电阻测量，测量范围位0-10MΩ。

2.3 总线测试单元

总线测试单元是基于FPGA设计，其主板的原理框图如图2所示。总线测试单元主板搭载的核心是一款大容量的FPGA，其中内嵌欧比特公司的高可靠嵌入式处理器S698 IP核作为主控SOC，同时内部集成了电缆网络测试和终端设备功能测试用的1553B总线控制器，配合外围接口模块，实现了USB 接口、RS232接口 、1553B 电缆网络测试控制模块以及1553B 终端设备控制模块的功能。其 S698 IP 核是一款可裁减的基于AMBA总线架构的内核，带有丰富的外设，特点如下：

● 带 IU/FPU 单元，支持 5级流水 ;

● 带有内存控制器，可以外接 SRAM /PROM/SDRAM;

● 带有中断控制器;

● 带有 2 个 UART 串口;

● 带有 2 个内部定时器;

● 带有 GPIO 接口;

1553B总线控制器 IP核是欧比特公司专 门为航空、航天测控网络中的设备开发的符合MIL -STD -1553B协议的总线控制器模块。该模块内部实现了1553B总线协议处理器和总线数据收发器，可以完成总线控制器、远程终端和总线监视器三种总线设备的功能。此处使用的1553B内核是集成了2个OBT1553B的功能，从而实现具有独立两路1553B功能的总线控制器。同时内核内置了32K X 16Bit静态存储器，静态存储器容量可根据需要修改。

图2总线测试单元原理框图

2.3 测试接口单元

测试接口单元是以继电器为基础,基于RS232通讯的链路切换矩阵，由于测试功能及测试链路多，因此采用了I/O口资源多的FPGA作为主控芯片，其继电器矩阵如图3所示。

为保证信号质量本单元设计中，选用的是磁保持继电器，在匹配阻抗的同时兼顾了绝缘耐压测试所需的安全距离使整个系统自身直流1000V绝缘电阻达到100MΩ以上，交流500V漏电流小于0.02mA。

图3测试接口单元原理框图

3 软件设计

为保证软件的可靠行、可扩展性以及维护方便，本软件采用设计增量模型进行软件工程的开发，在明确需求后将各个构件模块是逐渐并入已有的软件体系结构中。其中系统软件主要包含用户管理模块、参数配置模块、功能测试模块、报表统计及分析模块、无人值守测试模块，底层驱动模块、波形分析及回放模块，软件的总体框图如图4所示。

图4系统软件框图

测试系统采用中文界面软件。软件平台具有以下功能和特性：

a) 友好的人机交互界面：软件系统操作简单、易学、易掌握，界面美观、操作舒适;

b) 完备的测试控制：可以根据测试要求设置各种测试条件，对于复杂的设置，系统给出操作步骤向导或提示;

c) 实时的测试监视：系统实时采集测试数据，并根据要求以数字、文字、曲线、图形等方式显示出来(导通、隔离性能需要记录实测值;网络性能测试需要保存示波器图片);

d) 统一的数据管理：系统可以记录保存所有测试数据，具有数据分析功能，可以根据分析结果生成测试报告并打印输出;测试过程中也可进行数据报表的查看和分析功能;

e) 测试控制：可进行自动测试，也可根据用户的设置完成对被测试通信网络制定的单步测试。可根据生产实际情况删减测试条目。被测对象出现不合格时，直接定位总线故障所在点。并能根据被测对象的具体结构和性能参数，设定产品的合格判定指标范围，设备测试值自动比较判定，给出结论;

f) 测试回放管理：系统可以将保存的测试数据在软件系统上回放，回放数据同样可以以数字、文字、曲线等方式显示出来;

g) 具备按照用户定义执行定时测试，也可按任务计划表执行无人值守测试的功能。

4 结语

本文阐述了一种高度集成化的智能化的1553B电缆测试系统，通过该系统可以验证1553B总线电缆网拓扑结构以及生产工艺的合理性，并能充分验证被测的总线电缆是否满足GJB 289A -9或MIL-STD-1553B-1996的要求。该系统不受限于使用产地，并且高度集成化，可扩展功能多，能够满足生产以及维护1553B总线电缆的所有测试需求。目前该系统已经实现应用，其可靠性、高效性也得到了充分的验证。