基于BU-61865的1553B总线硬件电路板设计

高迎彬，胡昌华，何华锋，申志永，吕永佳

（第二炮兵工程学院 302教研室，陕西 西安 710025）

1553B总线是美国军方于上世纪60年代开发的一款时分多路复用总线，以其可靠性高、反应灵敏、双余度、传输速度快等优点广泛应用于航空航天领域。1553B总线电路板的设计是进行1553B总线通信的前提，如何设计电路才能最大可能的减小干扰，提高系统稳定性便是研究的主要问题。笔者以1553B总线协议芯片为核心，介绍了1553B总线的硬件电路结构，并对硬件电路的抗干扰问题做出了详细的分析，最后给出了解决方案。笔者所提出的硬件设计方案不仅适用于该芯片，而且对于该系列和以往系列协议芯片同样适用，具有很强的通用性。

1 总线协议芯片BU-61865介绍

Enhanced Min-ACE系列芯片是美国DDC公司继ACE（Advanced Communicate Engine）系列和Min-ACE系列芯片之后，最新推出的1553B总线系列协议芯片，其中以BU-61865最具有代表性。较以前的ACE系列，BU-61865具有如下几个优点[1-2]：

1）BU-61865为72引脚的表贴式1平方英寸的小型陶瓷封装，大大减小了电路板面积

2）内部集成有64 k×17的RAM，大容量的内部存储器使得用户无需再扩展外部RAM，同时内部集成数据校验功能，可自行对存储的数据进行奇校验。

3）收发器供电电压和逻辑电压均为5 V，使得电源的设计更加简单

4）系统时钟更加灵活多样，可以采用 10 M，12 M，16 M，20 M 4种不同频率的时钟晶振

5）与以往的ACE系列芯片完全兼容，用户无需或只需作很小一部分修改就能将以往的电路和程序移植过来，具有很强的继承性。

图1是BU-61865的内部结构图，从图中可以看出整个1553B总线的发送或接收数据均是外部控制器通过处理器和存储器接口逻辑控制内存管理器在RAM中读取或存储数据来实现的。TX/RXA+、TX/RXA-是输出曼彻斯特编码的报文，通过变压器输送到1553B总线上。

图1 BU-61865内部结构图Fig.1 Internal structure of BU-61865

2 1553B总线电路的总体设计

图2是基于BU-61865设计的1553B总线通信系统通用电路框图[3-4]。

图2 电路板整体框架Fig.2 General frame of PCB

整个电路由BU-61865协议芯片、控制器、时钟、隔离变压器器、耦合器等5部分构成，其中BU-61865是核心芯片，主要实现与1553B总线进行通信；主控制器则是将需要发送的数据写入协议芯片或将协议芯片接收到数据及时读取出来；时钟主要是为BU-61865内部编/解码器提供一个基准；隔离变压器主要是为了满足1553B总线的电气特性；耦合器主要是完成该电路与1553B通信电缆的物理连接。

3 耦合方式的选择原则

1553B总线标准提出了两种耦合方式：直接耦合和变压器耦合[5]，如图3所示。直接耦合是协议芯片的信号输出后经过隔离变压器器的隔离，直接输入到1553B总线，其中的55欧姆的隔离电阻起到的是保护作用；变压器耦合是输出信号经过隔离变压器之后还要经过耦合变压器进行耦合，而后送入1553B总线。相比直接耦合，变压器耦合有如下几个优点。

图3 BU-61865与总线连接图Fig.3 Connection diagram of BU-61865 and 1553B bus

1）耦合变压器的1.4:1的输出比使得变压器耦合方式的隔离电阻阻值能够达到直接耦合的两倍（对于总线端而言）；由于支线电缆的分布电容会对输出信号造成很大的衰减，进而影响支线传输的距离，而两倍的总线隔离电阻可以大大减小分布电容的大小，提高传输距离。一般而言，直接耦合方式，传输距离不超过12英寸；而变压器耦合可达到20英尺。

2）当支路电缆发生短路时，变压器耦合方式能够有效地保护总线电缆，而直接耦合则难以做到。

3）直接耦合方式不能提供直流的隔离，而且共模保护能力差，当支线的长度超过0.5 m时将发生传输波形畸变。而变压器耦合则不存在这种情况。

由于变压器耦合在传输距离、总线保护以及抗干扰等方面的优点，建议使用变压器耦合，尤其是对于机载电子设备、航空产品等对于信号传输距离和稳定性有严格要求的场合。

4 PCB板布局与布线

图4是一个典型1553B总线电路板布局图 （B3227是DDC公司指定的隔离变压器），布局时需要注意的有变压器的布局，地层和电源层的设计以及晶振的安排。

图4 布局示意图Fig.4 Layout drawing

在对1553B总线硬件设计时，首先要注意的是变压器的安放位置。由于BU-61865的收发引脚发出的是一个1 M频率的模拟信号，为了避免长走线对模拟信号造成的电压降，同时也为了避免和电路板上其他信号之间的干扰，应该将隔离变压器尽可能的靠近协议芯片。除此之外还要避免在变压器的模拟信号线周围布其他模拟和数字线，更不能将其他高频信号线布在其周围，最好的方法是变压器的模拟信号线周围就不要布置其他信号线，这样能最大可能地保持信号的稳定，防止信号的串扰。

除了对变压器的安放有要求之外，在设计电路板时要十分注意地层和电源层的放置。在隔离变压器或者是模拟信号线的下层最好不要放置有地层和电源层，这主要是因为1553B总线标准要求直接耦合的输入阻抗是2 000 Ω （变压器耦合的阻抗是1 000 Ω[5]），如果在模拟信号下设有地层，由于电路板上的分布电容会降低终端的输入阻抗，很有可能是得终端的阻抗不符合要求，造成传输错误的发生。

最后是晶振的布局，不论是采用何种频率的晶振，晶振的输出都是高频信号，在布局时，应该注意使晶振的输出脚尽量靠近BU—61865的Clock，in管脚，减短走线长度，这样能够有效减小晶振信号的衰减以及其他信号对其的干扰。

5 电源纹波的处理

虽然BU-61865的逻辑电压和收发器电压均为5 V，但是两者在实际工作时的工作回路却不相同。对于逻辑电压而言，主要是为内部编解码器以及内存提供电源；而对于收发器电源回路，则是从收发器输出经过变压器到达变压器的地，两者构成了不同的供电回路。所以如果可以的话，在PCB板布线时逻辑电源线和收发器电源线最好分开布线，这样就能避免模拟信号和数字信号之间的干扰。

此外，BU-61865对于收发器的供电电压有严格的要求（最低为4.5 V，低于此值收发将无法工作[6]），所以布线时要重点考虑导线的阻抗，变压器阻抗等对供电电压的影响。使用去耦电容能够起到很好的降低阻抗的作用。通常情况下，在BU-61865的5 V逻辑电源线处要加0.1 μF的陶瓷电容；在BU-61865的收发器电源线处要加0.1 μF的陶瓷电容和10 μF 的钽电容。

由于BU-61865的输出是1 MHz的信号，供电电源的高频纹波很容易造成输出信号的畸变，所以在选用供电电源时，应该避免使用开关电源和DC-DC电源[7]。

6 结束语

依照以上原则设计的一块硬件电路板，目前该电路板已经调试成功，实验表明当外界施加各种不同的干扰信号的情况下，该电路板依然能够保持完好的数据传输速度和精度，完全符合1553B总线标准的要求[7]。

[1]DDC.Enhanced Miniature Advanced Communications Engine[EB/OL].（2005-08）.http://www.doc88.com/P-5480149358.html.

[2]李新民，张旭.小型化1553B通信协议芯片Mini-ACE的开发和应用[J].航空计算技术，2009（39）:120-123.LI Xin-min，ZHANG Xu.Design and application of 1553B protocol chip enhanced Min-ACE[J].Aeronautical Computing Technique，2009（39）:120-123.

[3]旷文聪，姜运生.基于BU-61580的1553B航空通讯总线设计[J].电子技术，2008，45（12）:14-21.KUANG Wen-cong，JIANG Yun-sheng.The design of 1553B avionic communication bus based on BU-61580[J].Electronic Technology，2008，45（12）:14-21.

[4]昊勇，朱建民，朱培申，等.航电综合化系统总线接口板研究设计[J].火力与指挥控制，2001，（9）:28-31.HAO Yong，ZHU Jian-min，ZHU Pei-shen，et al.Design of bus interface board to the integrated avionics system[J].Fire Control&Command Control，2001（9）:28-31.

[5]GJB289A-97.数字式时分制指令／响应型多路传输数据总线[S].中华人民共和国国家军用标准.

[6]DDC.Enhanced Miniature Advanced Communications Engine UsersGuideMN-6186X-001Volume1ArchitecturalReference[S].2000.

[7]曲利新.军用电路板的一种防护方法[J].现代电子技术，2009（19）:184-186.QU Li-xin.Defending method of printed circuit board for military use[J].Modern Electronics Technique，2009（19）:184-186.