GJB 5186.7－2005 中值得探讨的一点问题

2013-07-14张晓辉

中国测试 2013年2期

张晓辉，刘丽

（中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）

0 引言

GJB 5186.7-2005《数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线测试方法第七部分：数据总线耦合器、终止器、电缆测试方法》，作为国家军用标准它详细规定了数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线组成部件的测试要求，包括测试目的、连接结构、测试内容和通过准则，是数据总线部件包括数据总线耦合器、终止器和电缆的通用测试方法，是设计验证和生产测试的主要依据[1]。本文依照此标准在对某型数据总线耦合器进行性能测试时，发现该国军标在共模抑制比项目的测试描述中可能存在错误，并展开一系列理论分析和实际验证，最终找到正确的测试方法。

1 技术背景介绍

1.1 数据总线耦合器

数据总线是指在各终端之间提供一路单一数据通路所需要的包括双绞屏蔽电缆、隔离电阻、耦合变压器等在内的所有硬件。其中双绞电缆又包括主电缆和短截线两部分。数据总线耦合器是将短截线与主电缆相连接的部件，包含内部线路、总线高/低输入点、总线高/低输出点和至少一个短截线连接点。数据总线耦合器包括两种耦合方式：变压器耦合方式和直接耦合方式，本文讨论的是变压器耦合方式的数据总线耦合器，其组成如图1所示。

1.2 GJB 5186.7-2005共模抑制比测试介绍

GJB 5186.7-2005中第五部分“性能要求”中“数据总线耦合器测试”之“符合GJB289A-1997特性测试”的“共模抑制”，此项目的是验证耦合器的共模抑制特性是否满足GJB 289A-1997的要求。GJB 289A-1997《数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线》，它规定了数字式时分制指令／响应型多路传输数据总线及其接口电子设备的技术要求，同时规定了多路传输数据总线的工作原理和总线上的信息流及要采用的电气和功能格式，其“硬件特性”之“终端特性”规定耦合变压器的共模抑制在频率为1.0MHz时的共模抑制比应大于45.0dB[2]。

图1 采用变压器耦合方式的总线连接结构

GJB 5186.7-2005共模抑制测试连接结构图如图2所示。该标准中规定，在耦合器连接的主电缆上施加幅度均方根有效值为10 V、频率为1 MHz的正弦波信号Ein，在耦合器连接的短截线上测量输出信号Eout的幅度均方根有效值，通过准则：耦合器的共模抑制比CMR≥45dB。CMR的计算公式：

式中：CMR——共模抑制比，dB；

Ein——输入信号的电压幅度（均方根有效值表示），V；

Eout——输出信号的电压幅度（均方根有效值表示），V。

2 问题分析及处理建议

图2 国军标中的共模抑制测试连接结构

从图2中可判断信号输入端连接存在明显的错误（加粗线标记圈出），且GJB 5186.7-2005中对共模抑制比的英文缩写表述CMR也存在争议。下文将从理论层面作重点分析和建议。

2.1 问题分析

共模抑制比英文全称为common mode rejection ratio，因此其完整缩写应该是CMRR。

从上文分析，国军标GJB 5186.7-2005对变压器耦合方式的数据总线耦合器共模抑制特性测试，其过程是对主电缆施加共模信号，并在短截线即数据总线耦合器的输出端进行测试，输入电压与输出电压之比取对数即为共模抑制比。其意义在于衡量数据总线耦合器对共模信号的抑制程度，该值越大越好。

分析共模信号与差模信号的区别，将对理解本文提出的问题至关重要。以两线电缆为例，其终端接有负载阻抗。每一线对地的电压用V1和V2表示，共模信号是VCOM，差模信号是VDIFF，电缆和地之间存在的寄生电容是Cp。共模信号电路图如图3所示。对于纯共模信号而言，V1=V2=VCOM，两线对地的电压大小相等，相位相差为0°，所以V3=0。在负载两端没有电位差，因此没有电流流过负载，所有的共模电流都通过电缆和地之间的寄生电容流向地线。差模信号电路如图4所示。对于纯差模信号而言，V1=-V2，两线对地的电压大小相等，相位相差为180°，VDIFF=V1-V2。因为V1和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过，所有的差模电流IDIFF全流过负载。

图3 共模信号电路图

图4 差模信号电路图

图5 正确的共模抑制测试连接结构

按图2的测试连接方法，主电缆上输入的是差模信号，两线之间存在电压差，因此测试结果势必是不正确的。

2.2 正确的测试方法

从2.1节理论分析可判断国军标GJB 5186.7-2005中的共模抑制测试连接结构存在错误，要为数据总线耦合器的主电缆输入共模信号，正确的连接方法应该如图5所示。可看出主电缆两线之间电压差为0，电缆对地之间的电压为信号源电压。这样在短截线上测到的输出电压才是正确的，按式（1）进行计算就得到共模抑制比。