CN202217270U - 一种用于有效载荷分***数据传输的总线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于有效载荷分***数据传输的总线，包括：总线控制端BC、总线终端RT，以及用于连接BC与RT的总线。总线控制端BC、总线终端RT同时连接到总线上，其中，总线控制端BC用于接收由总线终端RT通过总线发送的遥测数据并传输给上位机，同时也将上位机的控制指令通过总线发送给总线终端RT；总线终端RT为卫星的有效载荷分***，用于采集卫星的遥测数据，并通过总线发送到总线控制端BC，同时也通过总线接收由总线控制端BC发送的控制指令。本实用新型有效减少了通信舱内有效载荷分***的电缆数量。

Description

一种用于有效载荷分***数据传输的总线

技术领域

本实用新型涉及一种用于有效载荷分***数据传输的总线。

背景技术

通信卫星载荷***设备主要包括行波管放大器(TWTA)多功能组件，变频器，接收机等。其中，TWTA多功能组件是通信卫星载荷***的关键部分，具有9个遥测量，需要6条遥控指令。

实现TWTA多功能组件的遥控遥测方式有很多种。目前，国内东方红四号通信卫星平台(以下简称东四平台)采用了点对点的方式实现TWTA多功能组件的遥控遥测，即每个遥测参数、每条遥控指令都通过一根单独的电缆进行传输，若将电路的回线包含在内，则实现一台TWTA多功能组件需要30根电缆，若按整星60台TWTA的配置计算，则总共需要的电缆数量为1800。

国外先进的大容量通信卫星平台SB4000采用了总线的形式实现载荷设备的遥控遥测。SB4000平台采用2条异步串行总线完成整星TWTA多功能组件的遥控遥测，总线采用标准RS485差分电平，每条总线最多可驱动31个TWTA多功能组件，每条总线收送与接收分开，包含主备总线。每个TWTA终端具有总线专用厚膜电路(HIC)，能够独立完成每个总线终端的遥测参数采集并按其通信协议将遥测数据传送至上位机；对上位机下发的指令数据进行译码，并执行相应指令。SB4000平台TWTA总线最大优势在于其电缆网数量较少，共16根电缆，但该总线存在以下两个问题：1、RS485总线采用特定的屏蔽电缆，电缆网较粗且重量较大；2、由于总线通信方式为异步传输，所以通信协议较为复杂。

由于通信舱内空间和整星重量受限，东四平台载荷***点对点式的遥测遥控方式已不能适应当前卫星载荷***设备扩容的需求以及新型大容量通信卫星的发展需要。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于有效载荷分***数据传输的总线。采用本实用新型有效减少了通信舱内有效载荷分***与上位机之间的电缆数量。

本实用新型的技术解决方案是：

一种用于有效载荷分***数据传输的总线，包括：总线控制端BC、总线终端RT，以及用于连接总线控制端BC与总线终端RT的总线，

总线控制端BC包括：总线接口电路和CPU电路，其中，CPU电路分别与总线接口和上位机直接相连，总线接口电路直接与总线相连；CPU电路通过总线接口电路接收总线终端RT发送的遥测数据并上传到上位机，同时，CPU电路还将由上位机发送的控制指令通过总线接口电路发送到总线上；

总线终端RT包括：总线接口电路和专用集成电路ASIC；专用集成电路ASIC作为卫星的有效载荷用于采集数据，并通过总线接口电路将数据发送到总线；同时，专用集成电路ASIC还通过总线接口电路接收总线上由总线控制端BC发送的控制指令。

所述总线包括主总线与备份总线，主总线与备份总线均与总线控制端BC和总线终端RT相连。

所述总线控制端BC的总线接口电路和总线终端RT的总线接口电路在输出信号时，采用由三极管组成的两级驱动电路发送信号；在接收信号时，用由RC电路与比较器组成的迟滞比较器接收信号。

所述总线控制端BC具有两套总线接口电路和CPU电路，两套总线接口电路和CPU电路分别接入主总线和备份总线；总线终端RT具有两套总线接口电路，总线终端RT的两套总线接口电路分别主总线与备份总线，且均与总线终端RT的专用集成电路ASIC相连。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型采用总线技术优化了有效载荷分***的数据传输，总线采用TTL电平标准，大大简化了通信舱内电缆数量。

(2)本实用新型对总线进行了冗余设计，第一、采用两条主备份串行总线完成整星TWTA遥测遥控数据传输；第二、采用主备份的总线控制端BC进行总线控制；第三、总线终端RT的总线接口电路采用主备份形式，通过冗余设计提高了总线的可靠性与稳定性。

(3)本实用新型的总线控制终端BC与总线终端RT均采用专用的总线接口电路，总线接口电路在发送信号和接收信号时分别使用了两级驱动电路和迟滞比较器，因此在改善信号上升沿/下降沿的同时，具备一定抗噪声干扰的能力，使总线信号传输更可靠。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为总线控制端BC示意图；

图3为总线终端RT示意图。

具体实施方式

下面就结合附图对本实用新型做进一步介绍。

本实用新型所述的一种用于有效载荷分***数据传输的总线，如图1所示，连接到总线上的设备包括总线控制端BC和总线终端RT，总线终端RT通过总线控制端BC与上位机进行交互，实现了总线终端RT数据的发送以及上位机控制指令的接收。

本实用新型通过总线优化并精简了通信舱内的电缆网。本实用新型中对总线的设计包括：总线电气规范，用于根据电气规范的约束进行总线控制端BC和总线终端RT的设计；总线可靠性设计，对总线进行冗余设计；以及总线通信协议设计，对连接到总线的总线控制端BC和总线终端RT的数据传输过程进行设计。

1、总线电气规范

a、信号定义

时钟信号：总线时钟(收/发共用)，由总线控制端BC输出；

指令使能信号：由总线控制端BC输出，当总线控制端BC输出串行命令数据时，该信号为高电平；

遥测使能信号：由总线控制端BC输出，当总线控制端BC从总线终端RT读取遥测数据时，该信号为高电平；

指令数据：由总线控制端BC输出；

遥测数据：由总线终端RT输出。

b、电平定义与电气规范

总线控制端BC和总线终端RT电气规范：

传输电平类型为TTL电平；

最大输出电压幅值为5V；

最小输出电压幅值为0V；

逻辑“1”对应的电平为5V；

逻辑“0”对应的电平＜0.8V；

终端输出电容＜20pF；

总线最大工作速率16.7KHz；

当总线上电初始化后，各总线控制端、总线终端的输出级均为三态。

接收端电气规范：

传输电平类型为TTL电平；

逻辑“1”对应的电平大于2.5V；

辑“0”对应的电平小于2.5V；

输入阻抗大于50kOhm；

输入电容小于40pF；

抗噪声特性：允许输入的最大噪声为±0.3V；

输入电压范围-0.3V～+8V。

2、总线控制端BC设计

总线控制端BC包括总线接口电路和CPU电路，其原理如图2所示。

总线接口电路用于对CPU发送的信号(包括来自于上位机的控制指令)进行两级驱动后输出，保证总线的驱动能力。

当CPU输出逻辑“0”电平时，第一级三极管截止，第二级三极管饱和，则总线输出电压为三极管饱和压降；当CPU输出逻辑“1”电平时，第一级三极管饱和，第二级三极管截止，由于总线输出端有上拉电阻，因此总线输出高电平。

总线接口电路通过采用迟滞比较器对总线上接收的信号进行整形，使发出的信号上升沿和下降沿变得更陡。

以总线控制端BC的迟滞比较器为例，迟滞比较器的连接关系如图2中所示，其中R13：100K，R14：1k，R17：499K，R18：4.99K，C139pF，R15：10K，R16：10K。比较器比较门限设置为2.5V，当信号幅值超过2.5V，则比较器输出5V，为逻辑“1”，当低于2.5V，则比较器输出0V，为逻辑“0”。为了提升比较器抗噪声干扰，引入反馈电阻(R17)，使得比较器输入信号在2.5V±0.3V范围内变化时，不会导致比较器输出逻辑的改变。

CPU电路是总线控制端BC的核心，将接收到的各总线终端RT的遥测数据汇集后进行组帧，将组帧后的遥测数据传输至上位机；接收上位机发送的控制指令，将控制指令发送至各总线终端RT。

3、总线终端RT设计

总线控制端RT包括总线接口电路和专用集成电路ASIC，其原理图如图3所示。

总线控制端RT的总线接口电路的功能与总线控制端BC的总线接口电路相似，不同之处在于总线控制端RT的发送电路为集电极开路输出，而总线控制端BC的发送电路则具有上拉电路。

专用集成电路ASIC用于完成总线终端RT各类遥测参数的采集，包含模拟量、温度量、数字量，并将采集的所有遥测参数放入临时存储区，当总线控制端RT请求发送遥测数据时，专用集成电路ASIC按照总线通信协议格式将遥测数据传输至总线控制端BC；同时专用集成电路ASIC还通过总线接口电路接收总线控制端BC的控制指令，并根据总线通信协议进行解析和执行。

4、冗余设计

进一步参考如图1，本实用新型总线采用主备份共两条的冗余设计。两条总线分别连接至总线终端RT和总线控制端BC的主备电路。结合总线的双备份，总线控制端BC和总线终端RT同样也采用双备份的冗余设计。

以总线控制端BC为例，其冗余设计包括A通道和B通道两套通道设备。在每个A或B的总线通道上，A和B通道设备分别连接至总线的主份和备份，因此，总线控制端的主份或备份电路均能与总线终端的主份和备份通信，大大增加了总线的冗余度和可靠度。对于总线终端RT的主份接口和备份接口的设计与总线控制端BC相同。

其中，总线控制端BC和总线终端RT的设计，A和B通道设备分别为两套总线接口电路，总线终端RT的主份接口和备份接口同样为总线终端RT的总线接口电路。主备总线接口电路采用热备份的方式，总线终端RT可以通过指令使能信号线的上升沿来选择主备总线。同时，总线控制端BC的备份总线接口电路冷备份的方式，主备份不允许同时加电，也不允许同时输出指令使能信号。

5、总线通信协议设计

总线通信协议包含指令和遥测两个部分。

a、总线指令传输协议

总线每次传输的指令数据长度为16bit，包含终端地址信息、指令类型、指令数据、奇偶校验。

b、总线遥测传输协议

总线每次传输的遥测数据应包含总线终端RT的工作状态，总线指令校验信息等。每个总线终端RT完整的遥测参数量共80bit，总线控制端BC可以有选择性的每次向总线终端RT取32bit遥测数据，完成一个总线终端RT所有遥测信息的采集需要访问总线终端RT 3次。总线终端RT不具备自动将遥测信息传输到总线控制端BC的能力，只有当接收到总线控制端BC发送的遥测数据请求指令后才启动遥测数据传输。

本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种用于有效载荷分***数据传输的总线，其特征在于包括：总线控制端BC、总线终端RT，以及用于连接总线控制端BC与总线终端RT的总线，

总线控制端BC包括：总线接口电路和CPU电路，其中，CPU电路分别与总线接口和上位机直接相连，总线接口电路直接与总线相连；CPU电路通过总线接口电路接收总线终端RT发送的遥测数据并上传到上位机，同时，CPU电路还将由上位机发送的控制指令通过总线接口电路发送到总线上；

总线终端RT包括：总线接口电路和专用集成电路ASIC；专用集成电路ASIC作为卫星的有效载荷用于采集数据，并通过总线接口电路将数据发送到总线；同时，专用集成电路ASIC还通过总线接口电路接收总线上由总线控制端BC发送的控制指令。

2.根据权利要求1所述的一种用于有效载荷分***数据传输的总线，其特征在于：所述总线包括主总线与备份总线，主总线与备份总线均与总线控制端BC和总线终端RT相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于有效载荷分***数据传输的总线，其特征在于：所述总线控制端BC的总线接口电路和总线终端RT的总线接口电路在输出信号时，采用由三极管组成的两级驱动电路发送信号；在接收信号时，用由RC电路与比较器组成的迟滞比较器接收信号。

4.根据权利要求2所述的一种用于有效载荷分***数据传输的总线，其特征在于：所述总线控制端BC具有两套总线接口电路和CPU电路，两套总线接口电路和CPU电路分别接入主总线和备份总线；总线终端RT具有两套总线接口电路，总线终端RT的两套总线接口电路分别主总线与备份总线，且均与总线终端RT的专用集成电路ASIC相连。

5.根据权利要求3所述的一种用于有效载荷分***数据传输的总线，其特征在于：所述总线控制端BC具有两套总线接口电路和CPU电路，两套总线接口电路和CPU电路分别接入主总线和备份总线；总线终端RT具有两套总线接口电路，总线终端RT的两套总线接口电路分别主总线与备份总线，且均与总线终端RT的专用集成电路ASIC相连。

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