專利名稱：高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及一種高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器，本發(fā)明中，高速數(shù)據(jù)總線主要是指1553總線，但是，不排除在此之外的數(shù)據(jù)總線中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
[0002]隨著1553總線的應(yīng)用和推廣，我所研制了頻率為4-10Mbit/S的總線系統(tǒng)，但是市場上只能買到按照IMbit/S的美軍MIL-STD-1553A/B標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的小型在線耦合器，在 4-10Mbit/S數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中使用，性能大幅下降，無法滿足總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。[0003]在線耦合器是高速數(shù)據(jù)總線中的關(guān)鍵元件，它把各設(shè)備與高速數(shù)據(jù)總線進(jìn)行雙向連接。起到信號雙向傳輸、阻抗匹配、故障隔離、改善總線頻率響應(yīng)特性、提高共模抑制比等作用。[0004]為此航天8357研究所研制了適用于4-10Mbit/S數(shù)據(jù)總線的小型在線耦合器。實(shí)現(xiàn)了高頻條件下的高電感量、低電容量、高交流阻抗、高共模抑制比等性能，并在-55°C _125°C溫度范圍內(nèi)參數(shù)變化滿足上述要求。[0005]在國外有些權(quán)威機(jī)構(gòu)如(ASSC)和相關(guān)專業(yè)人員一直致力于高速1553總線的研究。但由于對我國的技術(shù)封鎖，國內(nèi)技術(shù)人員一直無法查到相關(guān)資料，直到2005年 2006年才由ASSC陸續(xù)公布了部分研究報(bào)告，而有些現(xiàn)在仍無法獲得(如SAE草案報(bào)告 AIR5591)，但從已查到的研究報(bào)告中可以明確的得出結(jié)論，國外也采用在原有1553B總線基礎(chǔ)上提速，由此可見，我們進(jìn)行的4-lOMbit/s數(shù)據(jù)總線研制工作，從理論研究、實(shí)現(xiàn)方法和最終結(jié)論等方面都和國外相關(guān)研究一致，符合國際軍用總線的發(fā)展趨勢。[0006]隨著高速1553總線技術(shù)的不斷推廣，能夠帶來空軍、海軍、陸軍及其它國防裝備或者民用設(shè)施的更新?lián)Q代的變化，為提高我軍的裝備水平與作戰(zhàn)能力創(chuàng)造了重要的條件。發(fā)明內(nèi)容[0007]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器，用于4-10Mbit/S的高速數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中，雙向傳輸數(shù)據(jù)，并起到電氣隔離、阻抗匹配的作用。[0008]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器，是在磁環(huán)上繞制初級、次級線圈得到的在線耦合器，其中，在磁環(huán)上首先繞制上的是次級線圈，然后是初級線圈，然后再次是次級線圈；內(nèi)外兩層次級線圈繞制方向相同，與初級線圈繞制方向成20 40度的夾角。[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸率為4-10Mbit/S的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中，減小分布電容、提高互感，實(shí)現(xiàn)電氣隔離、阻抗匹配、信號傳輸?shù)裙δ堋0010]在具體的實(shí)施過程中，使用本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的小型在線耦合器，經(jīng)過試驗(yàn)優(yōu)化，定型后，可以達(dá)到如下效果[0011]1.高頻性能好，在4-lOMbit/s總線應(yīng)用中，比進(jìn)口同類產(chǎn)品波形畸變小、總線衰減減小50% ；[0012]2.次級電感量大于IOmH;[0013]3.初級漏感小于IOuH ；[0014]4.層間電容小于25pF，[0015]5.在4-10Mbit/S高頻狀態(tài)下，使傳輸?shù)牟ㄐ芜_(dá)到波形完整性的要求，過沖電壓小于10%，共模抑制比大于50dB，交流阻抗大于4kQ，達(dá)到了數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)對小型在線耦合器的傳輸要求；同比的進(jìn)口小型在線耦合器，過充電壓大于15%，共模抑制比小于35dB，交流阻抗小于^Ω ；對比兩者，可以看到參數(shù)明顯提高，并且在實(shí)際使用中，完全改善了進(jìn)口同類產(chǎn)品造成的信號衰減和畸變，解決了高速數(shù)據(jù)總線物理介質(zhì)的制約瓶頸；[0016]6.絕緣電阻大于1000ΜΩ、介質(zhì)耐電壓大于200V ；極限溫度范圍為_65°C -140°C ； 耐濕熱、鹽霧、霉菌、振動、沖擊等性能完全達(dá)到美軍標(biāo)的要求。


[0017]圖1為本發(fā)明電路示意圖；[0018]圖2為本發(fā)明物理尺寸和外形圖；[0019]圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖面圖；[0020]圖4為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例。
具體實(shí)施方式
[0021]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明[0022]如圖1所示，一種高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器，是在磁環(huán)上繞制初級、次級線圈得到的隔離變壓器，外形如圖2所示，圖2中，展示了 2種基本的形式，即封裝1個(gè)在線耦合器和封裝2個(gè)在線耦合器的形式，總線電纜的數(shù)量均一致，為2個(gè)接頭，每個(gè)接頭均是雙絞線，包含2根線，封裝1個(gè)在線耦合器的時(shí)候，只有一個(gè)短截線接頭，為雙絞線，封裝2個(gè)在線耦合器的時(shí)候，為2個(gè)接頭，每個(gè)接頭上都是雙絞線。[0023]其中，在磁環(huán)上首先繞制上的是次級線圈，然后是初級線圈，然后再次是次級線圈；內(nèi)外兩層次級線圈繞制方向相同，與初級線圈繞制方向成20 40度的夾角，實(shí)際應(yīng)用中，繞線方式為人工繞線，所以夾角為一范圍，在30度附近均可，不需要精確到度。[0024]因?yàn)殡姼辛繘Q定了低頻狀態(tài)下的交流阻抗，分布電容決定了高頻狀態(tài)下的交流阻抗，為了保證隔離變壓器在300kHz-4MHz的頻帶范圍內(nèi)，具有合格的阻抗特性，必須找到優(yōu)化方案，以兼顧高低頻兩種矛盾的需求。減小分布電容的方法是初次級疊層交叉繞制，見圖 3 ；為了減小漏電感，初級線圈包裹在次級線圈之中，緊密繞制，以增加互感，減小電磁場的泄露；[0025]為了進(jìn)一步提高性能，縮小體積，本實(shí)施例中，高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器使用了磁導(dǎo)率為6000 9000之間，脈沖磁導(dǎo)率為3000 4000錳鋅鐵氧體作為變壓器的導(dǎo)磁體；選取高脈沖磁導(dǎo)率的磁性材料實(shí)現(xiàn)高電感量的要求；得到小體積磁芯，減小了磁路長度，進(jìn)一步提高電感量；經(jīng)過優(yōu)化后，脈沖磁導(dǎo)率為4000，磁環(huán)直徑由IOmm減小為6mm，飽和磁化強(qiáng)度為400mT。[0026]進(jìn)一步的，采用提高高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器各方面性能的設(shè)計(jì)和考慮， 例如使用聚酰亞胺漆包線，可耐受230°C高溫，具有非常強(qiáng)的抗腐蝕特性；[0027]線繞電阻采取了低電感繞制技術(shù)，雙向?qū)@的電阻絲可以使電阻自身的電感量小于30nH，使高頻狀態(tài)下的電抗影響值小于1%。[0028]印制線的設(shè)計(jì)考慮了總線電纜阻抗的匹配性，正負(fù)信號線之間的高頻特征阻抗值在73-81 Ω之間，使反射降到最低；[0029]使用聚四氟乙烯包裹的雙層屏蔽雙絞線，特征阻抗為77 Ω ；外殼材料為鍍錫鋁合金，具備良好的電磁兼容性和機(jī)械強(qiáng)度。[0030]在市面上常見的封裝材料中，按照設(shè)計(jì)需要進(jìn)行選擇，例如，選擇雙組份硅橡膠作為灌封材料；起到良好的密封和緩沖作用，保證在高量級的振動試驗(yàn)中機(jī)械性能不損壞。 同時(shí)具有優(yōu)異的抗腐蝕性能和壽命。上述選擇本領(lǐng)域技術(shù)人員可以按照設(shè)計(jì)需要自行進(jìn)行選擇。[0031]在應(yīng)用時(shí)，如圖4所示，小型在線耦合器的初級連接在數(shù)據(jù)總線短截線端，次級和高速數(shù)據(jù)總線主總線相連。當(dāng)此路設(shè)備作為發(fā)送單元時(shí)，負(fù)責(zé)把短截線上傳過來的曼徹斯特編碼信號，傳送到主總線上，信號經(jīng)過主總線，經(jīng)故障隔離電阻，傳送到其他耦合器次級， 經(jīng)過隔離變壓器，傳送到到收發(fā)器的信號接收芯片，形成一次完整的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。任何一個(gè)耦合器都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的雙向傳送，并可實(shí)現(xiàn)當(dāng)某一個(gè)短截線出現(xiàn)短路的時(shí)候， 信號照樣可以在其他的數(shù)據(jù)通路之間傳送。[0032]如上所述，本發(fā)明通過對小型在線耦合器的原理分析，通過在結(jié)構(gòu)上和繞線方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)選擇適合的磁性材料，實(shí)現(xiàn)了最終的優(yōu)良性能。[0033]該產(chǎn)品具有高性能、高可靠性，適用于最新的軍用高速數(shù)據(jù)總線，填補(bǔ)了小型在線耦合器的市場空白。
權(quán)利要求1. 一種高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器，是在磁環(huán)上繞制初級、次級線圈得到的隔離變壓器，其特征在于在磁環(huán)上首先繞制上的是次級線圈，然后是初級線圈，然后再次是次級線圈；內(nèi)外兩層次級線圈繞制方向相同，與初級線圈繞制方向成20 40度的夾角。
專利摘要本實(shí)用新型屬于數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器。用于4-10Mbit/S的高速數(shù)據(jù)總線(1553總線)系統(tǒng)。它是在磁環(huán)上繞制初級、次級線圈得到的在線耦合器，其中，在磁環(huán)上首先繞制上的是次級線圈，然后是初級線圈，然后再次是次級線圈；內(nèi)外兩層次級線圈繞制方向相同，與初級線圈繞制方向成20～40度的夾角。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是減小分布電容、提高互感，該產(chǎn)品具有高性能、高可靠性，適用于最新的軍用高速數(shù)據(jù)總線，填補(bǔ)了高速數(shù)據(jù)總線用小型在線耦合器的市場空白。
文檔編號H01F27/30GK202307471SQ201120417540
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者楊印晟, 殷光, 王剛, 胡華柏, 茍俊峰 申請人:中國航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五七研究所