几种常见航空电子系统差分串行传输形式分析比较

作者:未知

  摘 要:本文对比了几种在航空电子系统中常见的差分串行传输形式,从RS-422A、RS-485和ARINC 429接口电气特性、数据流方向、通讯速率、网络结构形式、线制、同步机制、数据校验等方面进行比较分析。给出了各种差分串行传输形式在航空电子设备上的适用性分析。
  关键词:RS-422A;RS-485;ARINC 429;差分串行传输
  中图分类号:TP23文献标识码:B
  1 绪论
  在航空电子设备局部系统或局部设备互联通讯中,差分串行传输通讯以其平衡传输抗干扰能力强,应用设备支撑广泛,形式简单,可靠性高的优点得到了广泛应用。较为常见的差分串行传输通讯形式主要包括RS-422A、RS-485和ARINC 429。
  下面就RS-422A、RS-485和ARINC 429的各项特性进行分析比较。
  1 三种常见差分串行传输形式比较
  1.1 编码形式
  RS-422A和RS-485采用双极性非归零码,ARINC 429采用双极性归零码的编码形式。
  1.2 信号电平
  RS-422A和RS-485在信号电平方面规定一致。驱动端A,B间电压差+2~+6V之间为逻辑0,A,B间电压差-2~-6V之间为逻辑1。RS-422A接收端A,B间电压差大于200mV为逻辑0,A,B间电压差小于-200mV为逻辑1。
  ARINC 429驱动端A,B间电压差为+10±1.0V为逻辑高;驱动端A,B间电压差为0±0.5为逻辑空;驱动端A,B间电压差为-10±1.0为逻辑低。ARINC 429接收端A,B间电压差在+6.5V~+13V为逻辑高;接收端A,B间电压差在-2.5V~+2.5V为逻辑空;接收端A,B间电压差在-13V~-6.5V为逻辑高。
  1.3 线制
  RS-422A采用四线制形式,两发送两接收,另外需要一根屏蔽地线。实现点对多点的全双工传输。
  RS-485可以采用两线制,可以采用四线制形式。当采用两线制形式时为半双工通讯,两线制可实现多点双向传输。当采用四线制时,两发送两接收,另外还需要一根屏蔽地线。采用四线制时,可以实现点对多点的全双工传输。
  ARINC 429采用四线制形式,两发送两接收,另外需要一根屏蔽地线。实现点对多点的全双工传输。
  1.4 传输速度
  RS-422A和RS-485最大支持10Mbps的通讯速率。
  ARINC 429分为高低速两种传输速度模式。高速模式下为100kbps;低速模式下为12.5~14.5kbps。
  1.5 端接匹配電阻
  RS-422A和RS-485为防止在高速率传输下反弹信号未被完全吸收叠加在下一信号电平上出现误码,因此需在远端加端接电阻。端接电阻需大于90欧姆,典型值为120欧姆。不加中继转发器的情况下,一条总线上不能加2个以上的终端匹配电阻。
  ARINC 429外部使用20-26号线缆典型线缆阻抗为60~80欧姆,不需要进行阻抗匹配。
  1.6 总线偏置电阻
  RS-422A和RS-485为防止总线状态空闲时误采集到电平波动产生误码,需在接收端增加总线的偏置电阻。接收端B端通过偏置电阻上拉到VCC,接收端A端通过偏置电阻下拉到VCC对应的地。偏置电阻的阻值由终端节点的值决定。最终要使B,A间的压差大于200mV。
  ARINC 429不需要总线偏置电阻。
  1.7 通讯帧格式
  RS-422A和RS-485无规定,需用户自定义。
  ARINC 429信号的基本信息单元是包含32位的一个数字字。这类字有五个应用组:BNR数据,BCD数据,离散数据,维修数据(通用)和AIM数据(应答、ISO5号字母表和维护(ISO5号字母标)数据)。[1]
  1.8 同步机制
  RS-422A和RS-485通过判定包头数据实现同步,但需要注意防止出现误判包头导致通讯不上的情况。
  ARINC 429在连续传输时,两个相邻的数据字之间至少需要有4个比特时间(零电平电压)间隔来区分。[2]
  1.9 数据校验
  RS-422A和RS-485可自定义奇校验或偶校验或其它校验算法。
  ARINC 429通讯帧中规定了奇偶校验位,其采用奇校验算法。
  2 结论
  在以上三种常见的差分串行传输通讯形式中,ARINC 429是最适合航空电子设备应用的差分串行传输通讯形式,其相对于RS-422A和RS-485优势如下:(1)ARINC 429的电平幅值和容忍度更高,相对RS-422A和RS-485更不易受到干扰,更适用于航空电子设备复杂电磁环境下的通讯要求;(2)ARINC 429有更高的共模电压,更不易受到损坏;(3)ARINC 429有严格的通讯帧格式定义,解决了通讯格式的标准化、通用化问题,避免了用户自定义的繁琐过程,提高了可靠性。
  但ARINC 429也存在相应的缺点:(1)ARINC 429只能用于对通讯速率要求不高的局部总线,其高速模式下通讯速率为100kbps,低于RS-422A和RS-485的理论通讯速率上限10Mbps;(2)ARINC 429只能用于简单的总线网络拓扑形式。ARINC 429和RS-422A只能用于点对多点的总线形式,只允许有一个主设备。ARINC 429最多可挂载20个从设备,RS-422A最多可挂载10个从设备。而RS-485通过两线制可以实现多点对多点的半双工通信,任何时候只有一点可以处于发送状态;同时RS-485可以通过四线制实现全双工通信。因此,在需要进行多点互连时应选用RS-485。
  RS-422A和RS-485在工业领域得到了极大应用,拥有大量成熟的产品。当飞机系统设备选用成熟的工业产品时,航空电子设备也应适配相关的RS-422A和RS-485接口,实现可靠通讯。
  参考文献:
  [1]刘迎欢,罗志强.ARINC429协议和与之对应的俄罗斯标准的比较.航空电子技术,2002-3,33(1),11-15.
  [2]高超,韩冰.基于单片机的ARINC429校准用信号源设计研究.计测技术,2011,31(2),21-24.
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