某型大氣機GJB289A總線上電不上網故障分析

張琴 王鑫 趙津偉 程敬

摘要：針對某型大氣數據計算機出現的上電不上網故障現象進行分析與定位，判定故障原因為產品使用的電源模塊啟動過快，在電源環境功率不足的條件下，模塊在上電瞬間受沖擊電流影響而無法正常工作。

關鍵詞：GJB289A；通信；啟動時間；電源環境

Keywords：GJB289A；communication；set-up time；power environment

1大氣數據計算機

某型大氣數據計算機（簡稱大氣機）內部由兩個單元組成，分別包含電源組合、數字量信號組合、模擬量處理組合、離散量信號組合及中央處理機組合。兩個單元共用總線接口組合。整機原理圖如圖1所示。

大氣機的GJB289A總線通信功能通過總線接口組合實現。總線接口組合的供電由兩個單元電源組合輸出的5V2電源經并聯后提供。總線接口組合接收并聯后的5V2電源，通過其內部的線性電源轉換成3.3V后，供內部組件使用。

總線接口組合提供GJB289A標準的雙通道多路傳輸數據總線，用于與飛機其他系統的交聯，并接收系統命令和數據并向交聯系統發送大氣參數。總線接口組合主要功能如下：

1）GJB289A標準的雙通道多路傳輸數據總線通信功能；

2）提供心跳信號，能夠接收復位信號進行硬件復位；

3）通過16kb的雙口存儲器與宿主機交換數據；

4）具有兩路雙口RAM、協議處理器和DSP，分別與A、B通道的中央處理機組合對應，通過內部總線進行通信；

5）兩路獨立的協議處理單元均能接收數據，由中央處理機組合通過提供余度控制信號控制由哪一路輸出當前GJB289A總線數據。

總線接口組合與兩通道中央處理機組合的交聯圖如圖2所示。

2故障現象

大氣機用于完成機上大氣參數的計算，主要以GJB289A總線和HB6096總線的形式與機上其他設備進行交聯，用于飛行指示、任務計算、參數記錄和飛行控制，當GJB289A總線通信異常時，將導致大氣機功能下降。

大氣機在進行機上系統聯試時，出現上電后GJB289A總線不上網故障，故障出現時HB6096通信正常，重新上下電后GJB289A總線不上網故障消失。

根據上述分析，由于故障時大氣機HB6096總線通信正常，因此，對大氣機GJB289A總線上電不上網的故障排查主要圍繞總線接口組合關聯信號及其供電關系展開。

3故障排查

3.1 其他組件排查

大氣機工作面板上設計有故障指示燈，根據大氣機的故障邏輯設計，大氣機完成上電初始化后，如果電源組合、數字量信號組合、模擬量處理組合、離散量信號組合及中央處理機組合存在故障，大氣機故障燈將點亮。由于故障時不存在故障燈點亮現象，因此可以排除電源組合、數字量信號組合、模擬量處理組合、離散量信號組合及中央處理機組合故障的可能。

3.2 余度控制信號排查

大氣機為雙單元設計，正常工作時僅其中一個單元對外輸出數據，另外一個單元不對外輸出數據（兩個單元均進行相同的接收、解算等操作）。在總線接口組合邏輯設計中，其收發器的發送使能是由大氣機中央處理機組合發出的余度控制信號進行控制的。該余度控制信號同時控制大氣機內部GJB289A總線及HB6096總線信號的輸出。故障時大氣機HB6096總線通信正常，且實際測量故障時中央處理機組合提供的余度控制信號滿足設計要求，因此余度控制信號問題可以排除。

3.3 對于外部電源兼容性差問題的排查

故障件返廠后利用不同電源進行通電測試，具體情況如表1所示。

綜上，因大氣機對于外部供電環境兼容性差，造成產品GJB289A總線上電不上網故障現象。

4故障機理分析

大氣機GJB289A總線通信功能主要由總線接口組合實現，總線接口組合接收到5V2電源后，通過其內部的線性電源轉換成3.3V，供總線接口組合后端電路使用。

為了分析故障機理，利用表1中的不同電源供電測試大氣機總線接口組合的工作狀態，并監控總線接口組合上的5V2電源及3.3V電源波動情況。

1）利用IT6720型外部直流電源供電測試

在大氣機GJB289A總線出現上電不上網故障現象時，5V2電源及3.3V電源的波形存在波動現象（見圖3），其中3.3V電源在爬升至3.3V后掉至2V后重新爬升。

2）利用專用測試設備供電測試

5V2電源及3.3V電源在建立過程中平穩上升無波動現象，大氣機未出現GJB289A總線上電不上網故障現象。

3）利用M8852型外部直流電源供電測試

5V2電源及3.3V電源在建立過程中平穩上升無波動現象，大氣機未出現上電不上網故障現象。

4）電源波動對于總線接口組合使用的影響

根據以上試驗分析，由于大氣機對于外部供電環境兼容性差，當外部電源功率不足時，造成總線接口組合上3.3V及外部并聯后的5V2電源在建立過程中出現波動，大氣機GJB289A總線出現上電不上網的故障現象。

進一步分析5V2電源波動時對于總線接口組合使用的影響：

總線接口組合采用的FPGA芯片內核電壓為2.5V，由5V2電源經數字電源轉換后提供，當數字電源輸出電壓滿足2.5V時，該芯片開始工作；

總線接口組合內部PROM芯片電源由5V2經數字電源轉換后提供，當數字電源輸出電壓達到3V時滿足PROM芯片最小工作電壓的使用要求，此時PROM芯片開始向FPGA芯片加載目標碼，由于5V2電源出現波動，導致數字電源輸出電壓在爬升至3.3V后又掉至2V，此時PROM芯片由于供電電壓低于最小工作電壓而傳輸中斷，導致FPGA芯片目標碼未完成加載，FPGA芯片無法正常工作，最終造成總線接口組合GJB289A總線通信故障。

由于FPGA芯片需下電再上電后才能重新初始化，并控制PROM芯片啟動配置，因此故障出現后，當FPGA芯片電源電壓恢復到3.3V，仍無法從PROM芯片獲取目標碼，GJB289A總線仍無法恢復通信。

根據以上分析，總線接口組合上3.3V及外部并聯后的5V2電源在建立過程中出現的波動現象直接導致總線接口組合無法正常工作。

進一步分析，發現5V2及外部DC28V電源在建立過程中同樣存在波動現象（見圖4），同時大氣機出現GJB289A總線上電不上網故障現象。

電源組合上使用DC/DC電源模塊生成5V電源，該型電源模塊設計輸出電壓建立時間非常短，可達μs級。由于模塊上電時間短，造成上電瞬態沖擊電流較大，導致外部DC28V在功率不足的條件下被拉低，進而造成模塊自身無法正常工作，導致該電源模塊輸出電壓異常波動。

5）小結

綜上，在外部DC28V電壓功率不足時，大氣機在上電過程中由于電源模塊的工作特性，造成外部DC28V電源出現波動，使電源模塊無法正常工作，輸出的5V電壓異常波動，最終導致總線接口組合不能正常工作，大氣機出現GJB289A總線不上網的故障現象。

5結束語

機載設備集成化程度不斷提高，大氣機內部供電關系復雜。進行大氣機用電設計時，需綜合考慮每一個芯片的應用環境，充分驗證不同機載供電環境下大氣機的工作狀態，以滿足大氣機在各種機載環境下的使用要求。

參考文獻

[1] 數字式時分制指令/響應型多路傳輸數據總線GJB289A-97[S].1997.