1553B总线测试常见故障分析与解决

2022-06-15黄慧萍金向阳

科学与信息化 2022年11期

黄慧萍金向阳

中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西西安 710089

引言

1553B总线是 MIL-STD-1553B总线的简称， MIL-STD-1553B总线标准是1973年美国国防部发布的军用串行总线标准，定义了总线的机械特性、电气特性和通信协议。1553B数据总线采用双冗余平衡传输线（屏蔽双绞线，如10612—24），通过时分复用的方式，实现命令/应答方式的半双工串行模式。此外，1553B总线还采用了曼彻斯特编码，可以在变压器隔离的传输线中传输，从而将设备节点从总线系统中隔离出来，确保了总线系统的可靠性。通过1553B多路传输总线，可将航电系统中各自独立的分系统或传感器交联起来，使处理机、信息传输以及控制显示3个分系统为各种任务所共用，实现信息统一传输、调度、管理，实现信息共享，通过多功能显示器进行信息综合显示。1553B总线自诞生以来，以其可靠性高、实时性好、开放性高、容错性强、双冗余等特点，被广泛应用于航空电子系统。

目前多数机载火控系统均采用具备多路传输的1553B总线作为其各子系统间数据相互交联的主要通道，使外挂在总线上的雷达光电探测、惯性导航、任务计算机、座舱显示、大气数据计算机和火控计算机等子系统之间实现信息交换，使高密度的电子装备能灵活、可靠、及时地完成系统功能。典型的航空综合电子信息系统框图见图1。

图1 典型航空综合电子信息系统

1 1553B总线硬件原理

1553B总线的基本硬件主要有以下4种，即：传输介质即Buss总线和Stub支线、BC总线控制器、RT远程终端、BM总线监视器。信息格式主要有5种，分别是：BC到RT、 RT到BC、RT到RT、广播方式和系统控制方式。 BC是1553B总线消息传输的组织者和发起者，所有在1553B总线上传输的消息都通过BC发送命令实现， RT远程终端响应BC发出的命令，并执行相关操作。

1553B总线通过将信息调制成曼彻斯特码的形式进行传输的。1553B总线上传输的每条信息最长为32位，这些字可分为三类：命令字、数据字和状态字。每一类字的长度是20位，16位的有效信息位，其中，同步字头为前三位的单字，奇偶校验位为最后一位。16位的有效信息及最后一位的奇偶校验位在总线上是通过调制成的曼彻斯特码进行传输的，传输一位的时间为1S。同步字头中3位的字符排列顺序可判断出字的分类，先正后负为命令字和状态字，先负后正为数据字。

消息在1553B总线上的传输的一般过程为：BC向任一终端RT发布一个接收/发送命令， RT在给定的响应时间内执行消息的接收/发送并反馈一个状态字， BC对RT反馈的状态字进行检验，从而判断传输是否成功并进行后续操作。若RT反馈的消息有误，BC则拒绝发回状态字，即上次消息传输无效。这样一来，能较容易地完成信息错误的检测定位、错误的隔离及错误的校正。在飞机的航电综合系统中，各子系统由1553B数据总线连接，采用单层次总线拓扑结构进行集中式控制，BC采用的工作方式为双冗余备份，分别采用显控子系统和任务系统计算机作为激活和备份的两个总线控制器，其他子系统作为总线系统的RT，当任一子系统发生故障或存在缺装时，除了该子系统功能无法正常使用外，其他系统仍然可进行正常通信。

2 常见故障

1553B总线主要存在以下三个层面的故障：物理层故障、电气层故障和协议层故障。物理层故障主要是由于系统级总线下所挂接的终端设备多，总线长度长，面临的机上环境复杂/恶劣而产生的[1]。常见的有：通断控制、短路控制、串行阻抗控制、并行阻抗控制等线路问题;电气层故障主要包括电气输出幅度调节、占空比调节、上升下降沿调节、信号延迟等设备输出端输出异常信号;协议层故障主要包括命令字、数据字、状态字奇偶校验，同步字头反向、数据字计数故障等。

针对1553B的常见故障，需要结合实际情况，对故障的原因，进行简单分析，并实现对故障的有效处理，降低故障带来的不良影响，从而全面提升1553B总线的功能和作用。

为了实现对故障的研究，首先，对其进行的检查，对故障产品上的总线电缆插座进行检查，判断，外观是否完好，如果完好，则要对端口处进行检查，之后，再对测试用总线电缆外观进行检查，判断外观是否完整，端口处是否干净整齐。

另外，还要使用针头检查电缆插座和测试总线插头，并配合插座，实现合理的检查测试。之后，使用医用针头对少量细小碎屑进行控制，最大碎屑约为0.5mm×0.5mm，属于浅黄色物质。之后，再使用酒精对1553B总线电缆插座进行擦洗，再次在摇晃状态下，实现机箱的测试工作，如果通过测试，则通知，如果未通过，需要对另一个总线的插座的进行的测试，在数据传输时断电。为进一步对故障进行研究，需要安装人员，经过全面且合理的清晰工作，测试未通过的一端，需要进行拆卸，并带回车间，实现复测，确保其经过合理的研究和分析，最终发现故障的点位和原因，确保1553B总线故障的合理控制。电装人员，在对故障总线电缆测试时，可以选择用万用表实现测试，具体测试中，通过后，说明无异常，如果有问题，需要及时分析原因，并针对问题，采取合理的处置措施，确保1553B总线的故障能够得到合理的控制。另外，还要对故障1553B总线的电缆进行拆解，并在拆解的过程中，合理利用轴插针，如果不能正常取出，则说明，存在问题，且表面，周插针和壳体卡簧连接出现损坏，再人为晃动总线插座，插头，判断是否存在插座同轴插针卡簧的连接问题。使用镊子对信号线进行拨动，判断是否存在松动的问题，如果有，就说明焊接存在问题。

3 故障分析

物理层故障主要成因是航电子系统信号交联复杂、使用环境恶劣、电子噪声和人为差错，十分容易造成总线绝缘层的磨损破裂、耦合器端接错误、短截线连接不牢固等现象，需要进一步对总线进行检查、维修或更换。若对应的某个子设备出现通信故障，则可能是电气层故障或者是协议层故障，需要根据本次故障所传输的数据判断故障类型，以进行进一步的维修工作。此时，不仅需要对总线传输信号的电气特性依据国军标要求进行条件判断，还需要对传输的信息字的内容及其有效性进行判断分析。

4 1553B总线测试途径

1553B总线主要通过以下两种途径进行测试：一是直接连接各子系统的测试接口及加装传感器进行测试，采集底层数据，进行系统的测试及诊断；二是可通过综合航电系统采集数据，通过耦合器把测试系统与综合航电系统连接，从而在总线上读取各子系统的数据，以进行系统的测试及诊断。

5 故障解决

5.1 物理层故障的解决

对于物理层故障，主要需要在总线电缆加工、敷设过程中注意加以保护，可采用S2476N测试仪进行故障检测，可检测主总线和任意两个测试端之间dB接入损耗。在测试过程中通过观察衰减值及信号指示灯判断故障类型，主要有以下几种情况：

5.1.1 信号灯故障，衰减值异常。信号指示灯显示故障，衰减值>60dB，则所测试的总线电缆上存在开路，需重新检测，将其中一个测试端固定，更换另一测试端，若故障情况仍存在，则未更换的测试端开路；若故障消失，则更换的测试端开路[2]。

确定开路测试端后，打开该端连接器，先后检查芯线连接是否正确——白色芯线与中心接触件相连；蓝色芯线与中间接触件相连；电缆屏蔽网与外层接触件相连。

若芯线连接错误，则重新对连接器进行加工。

5.1.2 信号灯正常，衰减值异常。

5.1.2.1 信号灯显示正常，衰减值<8dB，则存在总线端头未连接到设备或未进行堵封。检查该总线的所有总线端，确定是否所有端头都正确连接或堵封。若存在堵封端头，也可更换78Ω堵头，确定堵头是否故障。

5.1.2.2 信号灯显示正常，衰减值>14dB，首先判断是否存在将主线转接为支线接入测试，若存在转接，则应把转接线接入设备输出端；若不存在转接，则需重新检测，将其中一个测试端固定，更换另一测试端。若故障情况仍存在，则未更换的测试端芯线连接未牢固，需重新对芯线进行处理；若故障消失，则更换的测试端芯线连接未牢固，需重新对芯线进行处理。

5.1.3 信号正常，屏蔽异常。测试时，信号灯显示正常，衰减值正常，分别按高、低频及总线频率进行屏蔽测试。高、低频可检测支线的屏蔽连续情况；总线频率可检测总线的屏蔽连续情况。检测时，若信号灯显示屏蔽故障，则需重新检测，将其中一个测试端固定，更换另一测试端，若故障情况仍存在，则未更换的测试端屏蔽异常，需重新对屏蔽进行处理；若故障消失，则更换的测试端屏蔽异常，需重新对屏蔽进行处理。

5.2 电气层故障及协议层故障的解决

对电气层故障及协议层故障，需对综合航电系统进行检测，主要通过机内测试设备（BIT）和外部自动测试设备（ATE）两种方式。机内测试设备具备系统自检测功能，包括系统加电自检测、周期自检测和地面维护人员启动自检测等3种已检测方式。系统对自检测所检测到的故障自动判别分类，有警告级和注意级，并对出现的故障代码进行记录，同时根据故障代码显示故障的提示信息，以便确定故障源，将故障隔离到外场可更换单元（LRU）[3]。采用外部自动检测设备对航电系统进一步检测，检测人员可通过查询自检测方式中所记录的故障代码，确定故障源，为外部检测提供维修信息。通过外部测试设备的检测，可以定位、隔离、更换故障的内场可换单元（SRU）。对于SRU级内部单元或电路的维修，则必须进行返厂返修。在判断故障时，不仅需要对总线传输信号的电气特性依据国军标要求进行条件判断，还需要对传输的信息字的内容及其有效性进行判断分析。在将故障子设备隔离后，重新调试设备，进一步确定设备故障，以进行返修。