某型导弹发射装置随动测试故障分析解决方案

时间：2021-11-16 23:51:43

关键字： MIL-STD-1553B总线 BU-61580总线接口芯片 RT终端闩锁效应总线耦合器

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[导读]摘要：就某型导弹发射装置中1553B总线通信异常导致的随动测试故障进行了分析，给出了该随动测试故障形成的原因，同时给出了这种故障的纠正解决方案及其有效，性验证结果。

引言

MIL-STD-1553B总线（以下简称1553B总线）是美国定义的一种军用串行总线标准，全称为飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线，它规定了数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线及其接口电子设备的技术要求，同时规定了多路传输数据总线的工作原理和总线上的信息流及要采用的电气和功能格式。1553B总线的地位日益突出，已广泛运用于航空航天、海上武器、地面武器等领域。近期基于1553B总线通信的某型飞机导弹发射装置（在测试系统中作为RT远程终端）在进行性能测试时发现随动测试方位角及俯仰角均为0。的故障，正常应该为±20。。本文就该问题进行分析，找出了故障的原因，并给出了解决处理方案，避免故障重复发生。

1系统介绍

导弹发射装置在性能测试时的组成如图1所示。

图1中，专用测试设备用来模拟飞机上武器外挂管理系统和导弹，通过1553B总线和导弹发射装置进行通信，模拟导弹接收导弹发射装置传递的信号。

导弹发射装置中安装了一个信号控制盒和电子部件，信号控制盒专门负责和飞机用1553B总线进行通信，将总线信号变为模拟信号输入给电子部件，经电子部件对信号变换后输出给导弹，在传递的信号中包含将飞机雷达目标位置信号传递给导弹导引头，以便导弹发射后跟踪摧毁目标。

图1导弹发射装置，性能测试组成图

2故障原因分析

从系统的组成及工作原理分析，本故障的原因为1553B总线通信异常。为了验证是否是外围专用测试设备故障，用之前交付的导弹发射装置进行测试，随动测试性能合格，设备原因基本可排除。

将导弹发射装置中的信号控制盒单独进行测试，发现其和试验台无法进行总线通信。在信号控制盒内负责和专用测试设备进行1553B总线通信的电路为BU-61580总线接口芯片，该芯片为美国DDC公司生产的1553B总线协议芯片，该协议芯片包含微处理器和1553B总线之间完备的接口，集B（总线控制器）、RT（远程终端）、BM（总线监控器）三种工作模式为一身，封装为70引脚的DIP,传输时使用1.41:1的变压器。BU-61580内部集成了双收发器逻辑、编解码器、协议逻辑、内存管理和中断控制逻辑。

随后对信号控制盒内给BU-61580总线接口芯片供电电源模块监测发现，电源模块无输出，更换新的电源模块后单独对信号控制盒测试总线通信正常，性能合格。将修复后的信号控制盒重新装回导弹发射装置，进行随动测试，随动测试方位角及俯仰角均为0°依然故障，可排除电源模块故障是造成随动测试故障的原因，测试过程中发现专用测试设备电流变大到3A，而正常情况下为1.5A。经仔细检查信号控制盒发现，BU-61580总线接口芯片的一角颜色发黄，经对其他随动测试故障品检查，该芯片均存在颜色发黄现象。对故障产品再次测试，用手触摸BU-61580芯片发黄部位很快烫手，将BU-61580总线接口芯片和之前交付产品中的芯片进行比较发现，该芯片的版本不同，之前交付的为D版本，而该次故障芯片为E版本。

对两种版本全新的BU-61580芯片送第三方权威检测部门进行对比检测，从提供的产品故障情况及发现的芯片发烫异常，检测方分析认为是芯片发生了闩锁效应。

闩锁效应是指在CMOS器件所固有的寄生双极晶体管被触发导通，在电源与地之间形成低阻抗大电流通路，导致器件无法正常工作，严重时甚至烧毁器件的现象，这种寄生双极晶体管存在CMOS器件内的各个部分，包括输入端、输出端、内部反相器等。闩锁一般发生在外围与输入、输出有关的地方。ESD和相关的电压瞬变都会引起闩锁效应，是半导体器件失效的主要原因之一。

检测方首先对两种版本的器件的数字芯片进行了闩锁试验，给器件的54脚接入5V直流电源，18脚接地，然后用浪涌试验仪给54脚弓|入正向浪涌电压，直到电压达到9V时静态电流从0.05A突变为0.15A。在立体显微镜下对电路内部数字芯片的压焊丝进行仔细检查，结果未发现有压焊丝过流熔断现象。两种版本器件该项试验结果基本一致。

检测方继续对E版本芯片内部收发器芯片进行抗浪涌试验，试验中分别给电路的68端、38端加5V直流电压，69、37端接地，然后用浪涌试验仪分别给68端、38端引入浪涌电压，68端电压达到13V时静态电流从0.02A突变为0.08A，38端电压达到12.5V时静态电流从0.02A突变为0.09A。在立体显微镜下对收发器芯片的压焊丝进行仔细检查，结果未发现有压焊丝过流熔断现象。对D版本新品内部收发器芯片进行抗浪涌试验，试验结果当68、38端电压升至20V、19.5V时,静态电流从0.02A突变为0A，在立体显微镜下对收发器芯片的压焊丝进行仔细检查，结果发现压焊丝出现过流熔断现象。

从试验结果可以得出的结论是：E版本的BU-61580芯片内部收发器当外部浪涌电压达到12.5〜13V时发生闩锁效应,而D版本芯片内部收发器受到浪涌电压达到19〜20V时发生闩锁效应,E版本器件较D版本耐受外部电压浪涌的能力弱。

是否器件的差异就是造成此次故障的根本原因呢？其实不然。器件的差异只是出现故障的一个诱因，从分析结果看器件发生了闩锁而导致不能正常通信，那么发生闩锁的原因是什么呢？为什么信号控制盒单独进行性能测试没有发生闩锁,而装入导弹发射装置后进行测试就发生了闩锁呢？

继续对信号控制盒测试系统和导弹发射装置测试系统进行了比较，发现它们在测试时使用的测试数据总线耦合方式均为直接耦合，但试验电缆的长度不同。信号控制盒测试电缆较短，受到的外界干扰较小，而导弹发射装置的测试电缆较长，按照1553B总线通信协议，不能采用直接耦合方式,而应该采用如图2所示的间接耦合，即变压器耦合。

图2变压器耦合的数据总线接口

间接耦合是指终端通过一个次级隔离变压器连接到主电缆上，隔离变压器位于终端设备的外部，主电线两端通过阻值等于电缆特征阻抗的电阻与耦合变压器相连，以确保传输线不匹配造成的反射最小。间接耦合与直接耦合相比，具有较好的电气隔离、阻抗匹配和较高的噪声抑制性能，电气隔离避免了终端故障或者短截线阻抗失配对主总线的影响，在实际的应用中应优先选择变压器耦合方式。间接耦合方式的短截线长度应小于6m。而直接耦合方式，短截线长度应小于0.3m。

从以上分析可以得出本次故障的根本原因为导弹发射装置测试系统采用的1553B总线通信接口耦合方式不正确，导弹发射装置测试系统电缆较长，容易受到外界的干扰，从而使本身耐受浪涌电压能力较弱的E版本BU-61580总线接口芯片发生了闩锁，导致总线不能通信，从而导致随动测试故障,而信号控制盒部件测试试验台由于电缆较短，测试环境相对较好，提供给产品的浪涌电压较小，总是达不到E版本BU-61580闩锁电压，因此部件测试中未暴露出问题。

3纠正措施

根据以上分析的故障原因，对导弹发射装置的测试系统进行改进，购置两个总线耦合器和两个终端电阻，按照图3所示接线。同时对信号控制盒部件测试试验台进行了加装耦合器的改进完善。