【導讀】科技的騰飛不僅使電子技術飛速向前，也同樣帶動了航空電子的長足進步。經過了數年的改進，飛機數據總線實現了規范化。本文為你解析數據總線的構成和特性詳解。
總線的構成
一旦設計者確定了基本的飛電系統結構后，最重要的就是總線布局了，它對系統性能具有重要影響。總線可以是單向的，也可以是雙向的。最常用的單向總線設計的依據是“ARINC429規范MARK33數字式信息傳輸系統”。雙向總線布局基本上有三種形式：線性、網狀、星形。通常根據“MIL-STD-1553B飛機內部時分制指令/響應式多路傳輸數據總線”規定，總線要有一個中央總線控制器。線性的雙向總線布局設計最常用。
設計時，要注意采用特別的預防措施，否則容易產生單點失效（可運用故障樹分析技術檢查）;網狀布局可用于通用的先進容錯系統，優點是：利用節點控制器來斷開失效或破壞的網段，可成功地實現容錯，其他無損壞的網段上，按規定路線發送信號，系統的全部功能可重構;星狀結構的布局除具有上述優點外，還可明顯地減少耦合損耗，但靈活性較差。
幾種總線的特性分析
1553B總線特性分析
1553B總線為總線控制器和所有有關的遠程終端之間提供了一條單一數據通路，包含雙絞屏蔽電纜、隔離電阻、變壓器等所有硬件。遠程終端（RT）是 1553B總線系統中數量最多的部件，事實上，在一個給定的總線上最多可達31個遠程終端。遠程終端僅對它們特定尋址詢問的那些有效指令或有效廣播（所有RT同時被尋訪）指令作出響應。它可以與它所服務的分系統分開，也可嵌入分系統內。1553B總線的第二個特性是位優先權。
它首先發送數據字中的最高位，接著按數值遞減的次序發送較低有效位。第三是傳輸方法，數據總線傳輸的信號是串行數字脈沖碼的調制形式，而且規定允許有10種消息格式，即“信息傳輸格式”。前6種格式都在總線控制器的直接控制下才能被執行，且這6種格式都要求正被訪問的遠程終端作出特定、唯一的響應。后4種是廣播格式，這些格式在接收消息的終端不需確認其接收的情況下，允許某一終端把消息發送至總線上所有有地址的終端。
雖然這種工作方式似乎極具吸引力，但1553B標準卻強烈奉勸人們別使用它的這種能力，這是因為終端對其所接收的消息，無法檢測其錯誤和失效情況。
ARINC及CSDB數據總線
ARINC429數據總線是一條單向傳輸總線，但可以有20個接收器。其通信的三個狀態的多路信息流，采用帶有奇偶校驗的32位消息字。信號波形為雙向歸零碼，其位寬取決于總線的工作速率。低速時位寬為(70～80)±2.5%μs，高速時位寬為10±2.5%μs。低速總線用于一般用途的、非關鍵性的應用場合;高速總線則用于傳輸的數據量比較大或那些至關重要的飛行信息。數據的前8位用于地址，后24位用于數據。
例如，美國的一種電子飛行儀表系統，它的數據大約按每秒19、9.5和2.4倍速度更新。對于每一個字的同步，可通過檢測每個字第1位的躍變來實現。在連續傳輸的字與字之間至少有4個位時的時間間隔。
工業標準數據總線（CSDB）是一個二進制的二種狀態的波形。總線由雙絞屏蔽線組成，該線的阻抗符合美國電子工業協會（EIA）RS-422A標準要求。
ARINC6路總線（561，568，582）是一個二進制、32位具有兩種波形的總線。總線由三股雙絞屏蔽線組成。三條線路分別用于串行數據、字同步和時鐘信號傳送，串行數據被編成二進制編碼數據(BCD)和二進制數據，前8位用作地址，后24位用作數據。時鐘信號為一個11±3.5kHz矩形波信號，上升和衰減時間在2～6μs范圍之內。
ARINC629數據總線像ARINC429一樣是無主機的廣播式數據總線，按照載波偵聽多路訪問/碰撞檢測（CSMA/CD）的規約來進行工作。
盡管ARINC629總線打算作為ARINC429的后繼者，但它與MIL-STD-1553B之間仍有幾個相似之處。每個字的字長為20個位時，其中數據占16位并有一個奇偶校驗位。標號字有3個位時的高-低同步波形，而數據字的同步波形是由低變高，也占3個位時。一個消息由1～16個字串組成。每個字串有一個標號字，再跟最多可達256個數據字。ARINC629總線能在1553B所用的任一種配置方式上工作，其總線速率為2MB/s。值得一提的特點是容易采用電感性耦合器與總線相連接，連接時不必割斷導線，這是它對提高可靠性和降低電磁干擾的卓有成效的貢獻。
ARINC629數據總線是一種自主式終端訪問工作方式的數據總線，所以總線上每一終端必須有自己的控制機構。這種控制機構通過2塊可擦除的EPROM作為發送和接收“個性化插件”來實現。
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總線硬件特性的比較
1553B總線的傳輸線是雙股絞合、屏蔽且帶護套的電纜，要求每英尺（1ft=0.3048m）絞合4扭，屏蔽最少應覆蓋電纜表面的75%。頻率為 1MHz時，電纜的特性阻抗應在70～85Ω內。電纜的每一末端必須接一個等于電纜特性阻抗值±2%阻值的電阻器。線與線之間的電容應小于或等于 30pF/ft，且電纜的損耗在頻率為1MHz時應小于（或等于）0.015dB/ft，電纜長度不受限制。
1553B標準規定了兩種耦合方法：第一種采用線與線直接連接，通常稱為直接耦合短截線。第二種耦合方法為變壓器耦合短截線。
它們用硬導線進行線與線間的連接，經隔離電阻器連到耦合變壓器上。盡管變壓器耦合短截線的長度可任意選定，但設計者應努力設法盡可能使其長度不超過6.1m。共模抑制比應大于（或等于）45dB。
1553B總線關于終端的詳細性能要點如下
變壓器耦合的終端輸出電壓（線與線之間）的峰-峰值應在18～27V范圍內，其噪音（線與線之間）有效值小于14mV;
變壓器耦合的終端應對峰-峰值在0.86～14.0V(線與線之間)范圍內的輸入信號作響應，在75kHz～1MHz范圍內，終端的最小輸入阻抗應為1kΩ。
ARINC429對硬件的要求相對來說并不苛刻，且容易實現。發送器的輸出阻抗應在75～85Ω的范圍內，在兩導線之間均分。
對接收器，其輸入電阻應大于 12kΩ，差動輸入電容和對地電容都應<50pF。所以規定接收器的最小輸入電阻為12kΩ，是為了保證在總線上有多達20個接收器時不至于使總線超載，且在故障情況時能減少接收器之間的相互干擾。為了在一根線對地短路這種故障情況時，接收器還能繼續工作，ARINC429已規定了接收器可接收的電壓范圍為：
HI(高)：+6.5～+13VDC；
LO(低)：-6.5～-13VDC；
NULL(零)：+2.5～-2.5VDC；
在這些電平范圍之外的任何信號都認為是無效的。另外，在一根線對地短路故障時，將會產生一個變動范圍高達+5.5V或-5.5V的差動電壓。在實際應用中，最大旁路電容不應超過30000pF。
數據總線之所以重要，是因為飛機的性能好壞很大程度上依賴于數據總線。數據總線設計的因素非常多，為了達到最高的效率和減少費用，會在一些指標上會有附加的一些要求，比如，冗余度、任務完成率、維修小時與飛行小時之比、MTBF和地面維修時間等。需要注意的是，關于總線的數據確定，需要基于國內外的資料及聯機實驗的結果，以免后續花費高額的費用來進行修正設計。
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