某型大气机GJB289A总线上电不上网故障分析

2022-04-15张琴王鑫赵津伟程敬

航空维修与工程 2022年2期

关键词：通信

张琴王鑫赵津伟程敬

摘要：针对某型大气数据计算机出现的上电不上网故障现象进行分析与定位，判定故障原因为产品使用的电源模块启动过快，在电源环境功率不足的条件下，模块在上电瞬间受冲击电流影响而无法正常工作。

关键词：GJB289A；通信；启动时间；电源环境

Keywords：GJB289A；communication；set-up time；power environment

1大气数据计算机

某型大气数据计算机（简称大气机）内部由两个单元组成，分别包含电源组合、数字量信号组合、模拟量处理组合、离散量信号组合及中央处理机组合。两个单元共用总线接口组合。整机原理图如图1所示。

大气机的GJB289A总线通信功能通过总线接口组合实现。总线接口组合的供电由两个单元电源组合输出的5V2电源经并联后提供。总线接口组合接收并联后的5V2电源，通过其内部的线性电源转换成3.3V后，供内部组件使用。

总线接口组合提供GJB289A标准的双通道多路传输数据总线，用于与飞机其他系统的交联，并接收系统命令和数据并向交联系统发送大气参数。总线接口组合主要功能如下：

1）GJB289A标准的双通道多路传输数据总线通信功能；

2）提供心跳信号，能够接收复位信号进行硬件复位；

3）通过16kb的双口存储器与宿主机交换数据；

4）具有两路双口RAM、协议处理器和DSP，分别与A、B通道的中央处理机组合对应，通过内部总线进行通信；

5）两路独立的协议处理单元均能接收数据，由中央处理机组合通过提供余度控制信号控制由哪一路输出当前GJB289A总线数据。

总线接口组合与两通道中央处理机组合的交联图如图2所示。

2故障现象

大气机用于完成机上大气参数的计算，主要以GJB289A总线和HB6096总线的形式与机上其他设备进行交联，用于飞行指示、任务计算、参数记录和飞行控制，当GJB289A总线通信异常时，将导致大气机功能下降。

大气机在进行机上系统联试时，出现上电后GJB289A总线不上网故障，故障出现时HB6096通信正常，重新上下电后GJB289A总线不上网故障消失。

根据上述分析，由于故障时大气机HB6096总线通信正常，因此，对大气机GJB289A总线上电不上网的故障排查主要围绕总线接口组合关联信号及其供电关系展开。

3故障排查

3.1 其他组件排查

大气机工作面板上设计有故障指示灯，根据大气机的故障逻辑设计，大气机完成上电初始化后，如果电源组合、数字量信号组合、模拟量处理组合、离散量信号组合及中央处理机组合存在故障，大气机故障灯将点亮。由于故障时不存在故障灯点亮现象，因此可以排除电源组合、数字量信号组合、模拟量处理组合、离散量信号组合及中央处理机组合故障的可能。

3.2 余度控制信号排查

大气机为双单元设计，正常工作时仅其中一个单元对外输出数据，另外一个单元不对外输出数据（两个单元均进行相同的接收、解算等操作）。在总线接口组合逻辑设计中，其收发器的发送使能是由大气机中央处理机组合发出的余度控制信号进行控制的。该余度控制信号同时控制大气机内部GJB289A总线及HB6096总线信号的输出。故障时大气机HB6096总线通信正常，且实际测量故障时中央处理机组合提供的余度控制信号满足设计要求，因此余度控制信号问题可以排除。

3.3 对于外部电源兼容性差问题的排查

故障件返厂后利用不同电源进行通电测试，具体情况如表1所示。

综上，因大气机对于外部供电环境兼容性差，造成产品GJB289A总线上电不上网故障现象。

4故障机理分析

大气机GJB289A总线通信功能主要由总线接口组合实现，总线接口组合接收到5V2电源后，通过其内部的线性电源转换成3.3V，供总线接口组合后端电路使用。

为了分析故障机理，利用表1中的不同电源供电测试大气机总线接口组合的工作状态，并监控总线接口组合上的5V2电源及3.3V电源波动情况。

1）利用IT6720型外部直流电源供电测试

在大气机GJB289A总线出现上电不上网故障现象时，5V2电源及3.3V电源的波形存在波动现象（见图3），其中3.3V电源在爬升至3.3V后掉至2V后重新爬升。

2）利用专用测试设备供电测试

5V2电源及3.3V电源在建立过程中平稳上升无波动现象，大气机未出现GJB289A总线上电不上网故障现象。

3）利用M8852型外部直流电源供电测试

5V2电源及3.3V电源在建立过程中平稳上升无波动现象，大气机未出现上电不上网故障现象。

4）电源波动对于总线接口组合使用的影响

根据以上试验分析，由于大气机对于外部供电环境兼容性差，当外部电源功率不足时，造成总线接口组合上3.3V及外部并联后的5V2电源在建立过程中出现波动，大气机GJB289A总线出现上电不上网的故障现象。

进一步分析5V2电源波动时对于总线接口组合使用的影响：

总线接口组合采用的FPGA芯片内核电压为2.5V，由5V2电源经数字电源转换后提供，当数字电源输出电压满足2.5V时，该芯片开始工作；

总线接口组合内部PROM芯片电源由5V2经数字电源转换后提供，当数字電源输出电压达到3V时满足PROM芯片最小工作电压的使用要求，此时PROM芯片开始向FPGA芯片加载目标码，由于5V2电源出现波动，导致数字电源输出电压在爬升至3.3V后又掉至2V，此时PROM芯片由于供电电压低于最小工作电压而传输中断，导致FPGA芯片目标码未完成加载，FPGA芯片无法正常工作，最终造成总线接口组合GJB289A总线通信故障。

由于FPGA芯片需下电再上电后才能重新初始化，并控制PROM芯片启动配置，因此故障出现后，当FPGA芯片电源电压恢复到3.3V，仍无法从PROM芯片获取目标码，GJB289A总线仍无法恢复通信。

根据以上分析，总线接口组合上3.3V及外部并联后的5V2电源在建立过程中出现的波动现象直接导致总线接口组合无法正常工作。

进一步分析，发现5V2及外部DC28V电源在建立过程中同样存在波动现象（见图4），同时大气机出现GJB289A总线上电不上网故障现象。

电源组合上使用DC/DC电源模块生成5V电源，该型电源模块设计输出电压建立时间非常短，可达μs级。由于模块上电时间短，造成上电瞬态冲击电流较大，导致外部DC28V在功率不足的条件下被拉低，进而造成模块自身无法正常工作，导致该电源模块输出电压异常波动。

5）小结

综上，在外部DC28V电压功率不足时，大气机在上电过程中由于电源模块的工作特性，造成外部DC28V电源出现波动，使电源模块无法正常工作，输出的5V电压异常波动，最终导致总线接口组合不能正常工作，大气机出现GJB289A总线不上网的故障现象。