GJB 5186.7－2005 中值得探討的一點(diǎn)問題

張曉輝，劉 麗

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009）

0 引 言

GJB 5186.7-2005《數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線測(cè)試方法 第七部分：數(shù)據(jù)總線耦合器、終止器、電纜測(cè)試方法》，作為國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)它詳細(xì)規(guī)定了數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線組成部件的測(cè)試要求，包括測(cè)試目的、連接結(jié)構(gòu)、測(cè)試內(nèi)容和通過準(zhǔn)則，是數(shù)據(jù)總線部件包括數(shù)據(jù)總線耦合器、終止器和電纜的通用測(cè)試方法，是設(shè)計(jì)驗(yàn)證和生產(chǎn)測(cè)試的主要依據(jù)[1]。本文依照此標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)某型數(shù)據(jù)總線耦合器進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)該國(guó)軍標(biāo)在共模抑制比項(xiàng)目的測(cè)試描述中可能存在錯(cuò)誤，并展開一系列理論分析和實(shí)際驗(yàn)證，最終找到正確的測(cè)試方法。

1 技術(shù)背景介紹

1.1 數(shù)據(jù)總線耦合器

數(shù)據(jù)總線是指在各終端之間提供一路單一數(shù)據(jù)通路所需要的包括雙絞屏蔽電纜、隔離電阻、耦合變壓器等在內(nèi)的所有硬件。其中雙絞電纜又包括主電纜和短截線兩部分。數(shù)據(jù)總線耦合器是將短截線與主電纜相連接的部件，包含內(nèi)部線路、總線高/低輸入點(diǎn)、總線高/低輸出點(diǎn)和至少一個(gè)短截線連接點(diǎn)。數(shù)據(jù)總線耦合器包括兩種耦合方式：變壓器耦合方式和直接耦合方式，本文討論的是變壓器耦合方式的數(shù)據(jù)總線耦合器，其組成如圖1所示。

1.2 GJB 5186.7-2005共模抑制比測(cè)試介紹

GJB 5186.7-2005中第五部分“性能要求”中“數(shù)據(jù)總線耦合器測(cè)試”之“符合GJB289A-1997特性測(cè)試”的“共模抑制”，此項(xiàng)目的是驗(yàn)證耦合器的共模抑制特性是否滿足GJB 289A-1997的要求。GJB 289A-1997《數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線》，它規(guī)定了數(shù)字式時(shí)分制指令／響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線及其接口電子設(shè)備的技術(shù)要求，同時(shí)規(guī)定了多路傳輸數(shù)據(jù)總線的工作原理和總線上的信息流及要采用的電氣和功能格式，其“硬件特性”之“終端特性”規(guī)定耦合變壓器的共模抑制在頻率為1.0MHz時(shí)的共模抑制比應(yīng)大于45.0dB[2]。

圖1 采用變壓器耦合方式的總線連接結(jié)構(gòu)

GJB 5186.7-2005共模抑制測(cè)試連接結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在耦合器連接的主電纜上施加幅度均方根有效值為10 V、頻率為1 MHz的正弦波信號(hào)Ein，在耦合器連接的短截線上測(cè)量輸出信號(hào)Eout的幅度均方根有效值，通過準(zhǔn)則：耦合器的共模抑制比CMR≥45dB。CMR的計(jì)算公式：

式中：CMR——共模抑制比，dB；

Ein——輸入信號(hào)的電壓幅度（均方根有效值表示），V；

Eout——輸出信號(hào)的電壓幅度（均方根有效值表示），V。

2 問題分析及處理建議

圖2 國(guó)軍標(biāo)中的共模抑制測(cè)試連接結(jié)構(gòu)

從圖2中可判斷信號(hào)輸入端連接存在明顯的錯(cuò)誤（加粗線標(biāo)記圈出），且GJB 5186.7-2005中對(duì)共模抑制比的英文縮寫表述CMR也存在爭(zhēng)議。下文將從理論層面作重點(diǎn)分析和建議。

2.1 問題分析

共模抑制比英文全稱為common mode rejection ratio，因此其完整縮寫應(yīng)該是CMRR。

從上文分析，國(guó)軍標(biāo)GJB 5186.7-2005對(duì)變壓器耦合方式的數(shù)據(jù)總線耦合器共模抑制特性測(cè)試，其過程是對(duì)主電纜施加共模信號(hào)，并在短截線即數(shù)據(jù)總線耦合器的輸出端進(jìn)行測(cè)試，輸入電壓與輸出電壓之比取對(duì)數(shù)即為共模抑制比。其意義在于衡量數(shù)據(jù)總線耦合器對(duì)共模信號(hào)的抑制程度，該值越大越好。

分析共模信號(hào)與差模信號(hào)的區(qū)別，將對(duì)理解本文提出的問題至關(guān)重要。以兩線電纜為例，其終端接有負(fù)載阻抗。每一線對(duì)地的電壓用V1和V2表示，共模信號(hào)是VCOM，差模信號(hào)是VDIFF，電纜和地之間存在的寄生電容是Cp。共模信號(hào)電路圖如圖3所示。對(duì)于純共模信號(hào)而言，V1=V2=VCOM，兩線對(duì)地的電壓大小相等，相位相差為0°，所以V3=0。在負(fù)載兩端沒有電位差，因此沒有電流流過負(fù)載，所有的共模電流都通過電纜和地之間的寄生電容流向地線。差模信號(hào)電路如圖4所示。對(duì)于純差模信號(hào)而言，V1=-V2，兩線對(duì)地的電壓大小相等，相位相差為180°，VDIFF=V1-V2。因?yàn)閂1和V2對(duì)地是對(duì)稱的，所以地線上沒有電流流過，所有的差模電流IDIFF全流過負(fù)載。

圖3 共模信號(hào)電路圖

圖4 差模信號(hào)電路圖

圖5 正確的共模抑制測(cè)試連接結(jié)構(gòu)

按圖2的測(cè)試連接方法，主電纜上輸入的是差模信號(hào)，兩線之間存在電壓差，因此測(cè)試結(jié)果勢(shì)必是不正確的。

2.2 正確的測(cè)試方法

從2.1節(jié)理論分析可判斷國(guó)軍標(biāo)GJB 5186.7-2005中的共模抑制測(cè)試連接結(jié)構(gòu)存在錯(cuò)誤，要為數(shù)據(jù)總線耦合器的主電纜輸入共模信號(hào)，正確的連接方法應(yīng)該如圖5所示。可看出主電纜兩線之間電壓差為0，電纜對(duì)地之間的電壓為信號(hào)源電壓。這樣在短截線上測(cè)到的輸出電壓才是正確的，按式（1）進(jìn)行計(jì)算就得到共模抑制比。

3 結(jié)束語

本文就GJB 5186.7－2005中存在的問題進(jìn)行深入剖析，最終找出正確的測(cè)試方法，希望借此引起關(guān)注和重視，對(duì)GJB 5186.7－2005進(jìn)行必要的修正，同時(shí)也希望對(duì)使用GJB 5186.7－2005的廣大科技工作者有所幫助。

[1]GJB 5186.7—2005數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線測(cè)試方法第7部分：數(shù)據(jù)總線耦合器、終止器、電纜測(cè)試方法[S].北京：國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)，2005.

[2]GJB 289A—1997數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線[S].北京：國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)，1997.