1553B總線測試常見故障分析與解決

黃慧萍 金向陽

中航西安飛機工業集團股份有限公司 陜西 西安 710089

引言

1553B總線是 MIL-STD-1553B總線的簡稱， MIL-STD-1553B總線標準是1973年美國國防部發布的軍用串行總線標準，定義了總線的機械特性、電氣特性和通信協議。1553B數據總線采用雙冗余平衡傳輸線（屏蔽雙絞線，如10612—24），通過時分復用的方式，實現命令/應答方式的半雙工串行模式。此外，1553B總線還采用了曼徹斯特編碼，可以在變壓器隔離的傳輸線中傳輸，從而將設備節點從總線系統中隔離出來，確保了總線系統的可靠性。通過1553B多路傳輸總線，可將航電系統中各自獨立的分系統或傳感器交聯起來，使處理機、信息傳輸以及控制顯示3個分系統為各種任務所共用，實現信息統一傳輸、調度、管理，實現信息共享，通過多功能顯示器進行信息綜合顯示。1553B總線自誕生以來，以其可靠性高、實時性好、開放性高、容錯性強、雙冗余等特點，被廣泛應用于航空電子系統。

目前多數機載火控系統均采用具備多路傳輸的1553B總線作為其各子系統間數據相互交聯的主要通道，使外掛在總線上的雷達光電探測、慣性導航、任務計算機、座艙顯示、大氣數據計算機和火控計算機等子系統之間實現信息交換，使高密度的電子裝備能靈活、可靠、及時地完成系統功能。典型的航空綜合電子信息系統框圖見圖1。

圖1 典型航空綜合電子信息系統

1 1553B總線硬件原理

1553B總線的基本硬件主要有以下4種，即：傳輸介質即Buss總線和Stub支線、BC總線控制器、RT遠程終端、BM總線監視器。信息格式主要有5種，分別是：BC到RT、 RT到BC、RT到RT、廣播方式和系統控制方式。 BC是1553B總線消息傳輸的組織者和發起者，所有在1553B總線上傳輸的消息都通過BC發送命令實現， RT遠程終端響應BC發出的命令，并執行相關操作。

1553B總線通過將信息調制成曼徹斯特碼的形式進行傳輸的。1553B總線上傳輸的每條信息最長為32位，這些字可分為三類：命令字、數據字和狀態字。每一類字的長度是20位，16位的有效信息位，其中，同步字頭為前三位的單字，奇偶校驗位為最后一位。16位的有效信息及最后一位的奇偶校驗位在總線上是通過調制成的曼徹斯特碼進行傳輸的，傳輸一位的時間為1S。同步字頭中3位的字符排列順序可判斷出字的分類，先正后負為命令字和狀態字，先負后正為數據字。

消息在1553B總線上的傳輸的一般過程為：BC向任一終端RT發布一個接收/發送命令， RT在給定的響應時間內執行消息的接收/發送并反饋一個狀態字， BC對RT反饋的狀態字進行檢驗，從而判斷傳輸是否成功并進行后續操作。若RT反饋的消息有誤，BC則拒絕發回狀態字，即上次消息傳輸無效。這樣一來，能較容易地完成信息錯誤的檢測定位、錯誤的隔離及錯誤的校正。在飛機的航電綜合系統中，各子系統由1553B數據總線連接，采用單層次總線拓撲結構進行集中式控制，BC采用的工作方式為雙冗余備份，分別采用顯控子系統和任務系統計算機作為激活和備份的兩個總線控制器，其他子系統作為總線系統的RT，當任一子系統發生故障或存在缺裝時，除了該子系統功能無法正常使用外，其他系統仍然可進行正常通信。

2 常見故障

1553B總線主要存在以下三個層面的故障：物理層故障、電氣層故障和協議層故障。物理層故障主要是由于系統級總線下所掛接的終端設備多，總線長度長，面臨的機上環境復雜/惡劣而產生的[1]。常見的有：通斷控制、短路控制、串行阻抗控制、并行阻抗控制等線路問題;電氣層故障主要包括電氣輸出幅度調節、占空比調節、上升下降沿調節、信號延遲等設備輸出端輸出異常信號;協議層故障主要包括命令字、數據字、狀態字奇偶校驗，同步字頭反向、數據字計數故障等。

針對1553B的常見故障，需要結合實際情況，對故障的原因，進行簡單分析，并實現對故障的有效處理，降低故障帶來的不良影響，從而全面提升1553B總線的功能和作用。

為了實現對故障的研究，首先，對其進行的檢查，對故障產品上的總線電纜插座進行檢查，判斷，外觀是否完好，如果完好，則要對端口處進行檢查，之后，再對測試用總線電纜外觀進行檢查，判斷外觀是否完整，端口處是否干凈整齊。

另外，還要使用針頭檢查電纜插座和測試總線插頭，并配合插座，實現合理的檢查測試。之后，使用醫用針頭對少量細小碎屑進行控制，最大碎屑約為0.5mm×0.5mm，屬于淺黃色物質。之后，再使用酒精對1553B總線電纜插座進行擦洗，再次在搖晃狀態下，實現機箱的測試工作，如果通過測試，則通知，如果未通過，需要對另一個總線的插座的進行的測試，在數據傳輸時斷電。為進一步對故障進行研究，需要安裝人員，經過全面且合理的清晰工作，測試未通過的一端，需要進行拆卸，并帶回車間，實現復測，確保其經過合理的研究和分析，最終發現故障的點位和原因，確保1553B總線故障的合理控制。電裝人員，在對故障總線電纜測試時，可以選擇用萬用表實現測試，具體測試中，通過后，說明無異常，如果有問題，需要及時分析原因，并針對問題，采取合理的處置措施，確保1553B總線的故障能夠得到合理的控制。另外，還要對故障1553B總線的電纜進行拆解，并在拆解的過程中，合理利用軸插針，如果不能正常取出，則說明，存在問題，且表面，周插針和殼體卡簧連接出現損壞，再人為晃動總線插座，插頭，判斷是否存在插座同軸插針卡簧的連接問題。使用鑷子對信號線進行撥動 ，判斷是否存在松動的問題，如果有，就說明焊接存在問題。

3 故障分析

物理層故障主要成因是航電子系統信號交聯復雜、使用環境惡劣、電子噪聲和人為差錯，十分容易造成總線絕緣層的磨損破裂、耦合器端接錯誤、短截線連接不牢固等現象，需要進一步對總線進行檢查、維修或更換。若對應的某個子設備出現通信故障，則可能是電氣層故障或者是協議層故障，需要根據本次故障所傳輸的數據判斷故障類型，以進行進一步的維修工作。此時，不僅需要對總線傳輸信號的電氣特性依據國軍標要求進行條件判斷，還需要對傳輸的信息字的內容及其有效性進行判斷分析。

4 1553B總線測試途徑

1553B總線主要通過以下兩種途徑進行測試：一是直接連接各子系統的測試接口及加裝傳感器進行測試，采集底層數據，進行系統的測試及診斷；二是可通過綜合航電系統采集數據，通過耦合器把測試系統與綜合航電系統連接，從而在總線上讀取各子系統的數據，以進行系統的測試及診斷。

5 故障解決

5.1 物理層故障的解決

對于物理層故障，主要需要在總線電纜加工、敷設過程中注意加以保護，可采用S2476N測試儀進行故障檢測，可檢測主總線和任意兩個測試端之間dB接入損耗。在測試過程中通過觀察衰減值及信號指示燈判斷故障類型，主要有以下幾種情況：

5.1.1 信號燈故障，衰減值異常。信號指示燈顯示故障，衰減值>60dB，則所測試的總線電纜上存在開路，需重新檢測，將其中一個測試端固定，更換另一測試端，若故障情況仍存在，則未更換的測試端開路；若故障消失，則更換的測試端開路[2]。

確定開路測試端后，打開該端連接器，先后檢查芯線連接是否正確——白色芯線與中心接觸件相連；藍色芯線與中間接觸件相連；電纜屏蔽網與外層接觸件相連。

若芯線連接錯誤，則重新對連接器進行加工。

5.1.2 信號燈正常，衰減值異常。

5.1.2.1 信號燈顯示正常，衰減值<8dB，則存在總線端頭未連接到設備或未進行堵封。檢查該總線的所有總線端，確定是否所有端頭都正確連接或堵封。若存在堵封端頭，也可更換78Ω堵頭，確定堵頭是否故障。

5.1.2.2 信號燈顯示正常，衰減值>14dB，首先判斷是否存在將主線轉接為支線接入測試，若存在轉接，則應把轉接線接入設備輸出端；若不存在轉接，則需重新檢測，將其中一個測試端固定，更換另一測試端。若故障情況仍存在，則未更換的測試端芯線連接未牢固，需重新對芯線進行處理；若故障消失，則更換的測試端芯線連接未牢固，需重新對芯線進行處理。

5.1.3 信號正常，屏蔽異常。測試時，信號燈顯示正常，衰減值正常，分別按高、低頻及總線頻率進行屏蔽測試。高、低頻可檢測支線的屏蔽連續情況；總線頻率可檢測總線的屏蔽連續情況。檢測時，若信號燈顯示屏蔽故障，則需重新檢測，將其中一個測試端固定，更換另一測試端，若故障情況仍存在，則未更換的測試端屏蔽異常，需重新對屏蔽進行處理；若故障消失，則更換的測試端屏蔽異常，需重新對屏蔽進行處理。

5.2 電氣層故障及協議層故障的解決

對電氣層故障及協議層故障，需對綜合航電系統進行檢測，主要通過機內測試設備（BIT）和外部自動測試設備（ATE）兩種方式。機內測試設備具備系統自檢測功能，包括系統加電自檢測、周期自檢測和地面維護人員啟動自檢測等3種已檢測方式。系統對自檢測所檢測到的故障自動判別分類，有警告級和注意級，并對出現的故障代碼進行記錄，同時根據故障代碼顯示故障的提示信息，以便確定故障源，將故障隔離到外場可更換單元（LRU）[3]。采用外部自動檢測設備對航電系統進一步檢測，檢測人員可通過查詢自檢測方式中所記錄的故障代碼，確定故障源，為外部檢測提供維修信息。通過外部測試設備的檢測，可以定位、隔離、更換故障的內場可換單元（SRU）。對于SRU級內部單元或電路的維修，則必須進行返廠返修。在判斷故障時，不僅需要對總線傳輸信號的電氣特性依據國軍標要求進行條件判斷，還需要對傳輸的信息字的內容及其有效性進行判斷分析。在將故障子設備隔離后，重新調試設備，進一步確定設備故障，以進行返修。

6 結束語

由于航電子系統信號交聯復雜及使用環境惡劣，1553B總線的故障情況也較為復雜，通過對故障原因的分類分析，我們可以進一步確定故障解決方法。通過這一方法，能加快1553B總線故障的解決速度，能一定程度上保證飛機武器綜合電子系統、航電系統、飛行控制系統等的可靠性。