Technische Eigenschaften

Wie bei vielen seriellen Datensystemen sind sowohl ARINC 429 als auch MIL-STD-1553 differentielle Busse. ARINC 429 ist das einfachere und kostengünstigere der beiden. Die physikalische Verbindung erfolgt über Twisted-Pair-Leitungen mit symmetrischen Differenzsignalen. Es verwendet einen selbsttaktenden, selbstsynchronisierenden Datenbus. MIL-STD-1553 verwendet doppelt redundante symmetrische Differenzialpaare. Die im Differentialpaar eines ARINC 429-Systems zulässige Spitze-zu-Spitze-Spannung beträgt 10 Volt, während die Spitze-zu-Spitze-Ausgangsspannung eines Senders auf dem MIL-STD-1553-Bus bis zu 18-27 Volt betragen darf. Beide Systeme sind auf Störfestigkeit und Signalintegrität ausgelegt. Unter der Fülle moderner serieller Datenstandards haben beide Avionikbusse eine relativ niedrige Geschwindigkeit im Vergleich zu PCI-Express, SAS oder anderen Standards, die große Datenmengen über kurze Entfernungen in PCs transportieren.

Signale erfassen und anzeigen

Da die Flankenraten von Signalen und die Befehls-/Datenübertragungsrate der Busse moderat sind, benötigt ein Ingenieur, der an einem System arbeitet, das ARINC 429 oder MIL-STD-1553 verwendet, nicht die Art von sehr teurem Oszilloskop, das zum Erfassen von Signalen verwendet wird, die auf Multi gesendet werden Gigabit pro Sekunde Busse. Die Oszilloskop-Klassen WaveSurfer und WaveRunner von LeCroy sind gut auf diese Anwendung abgestimmt. Die Bilder, die in diesem Dokument zur Veranschaulichung der Erfassung, Anzeige, Decodierung und Fehlerbehebung von Signalen verwendet werden, wurden mit diesen Oszilloskoptypen aufgenommen. Abbildung 1 zeigt ein typisches Beispiel für die Dekodierung serieller Daten. Obwohl dieses spezielle Bild MIL-STD-1553 zeigt, sieht die Dekodierung vieler Arten von seriellen Daten sehr ähnlich aus. Anstatt viel Zeit damit zu verbringen, die Form eines seriellen Datensignals auf seinem Oszilloskopbildschirm zu betrachten, Höhen und Tiefen zu zählen und die Daten in seinem Kopf zu decodieren, kann das Oszilloskop verschiedene Teile des Signalinhalts mit unterschiedlichen Hintergrundfarben hervorheben. die Daten digital decodieren und die resultierende digitale Interpretation zusammen mit der analogen Form der elektrischen Wellenform vom Bus anzeigen. Dies spart dem Ingenieur nicht nur viel Zeit bei der Entwicklung eines neuen Produkts (oder der Fehlersuche bei einem Problem), sondern reduziert auch die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler bei der „Augeninterpretation“ der Signalform erheblich. Beachten Sie, dass in Abbildung 1 die obere Spur eine längere Zeit/Division hat. Es zeigt mehr Signallänge, aber mit weniger Details als die untere Kurve, die ein Zoom der oberen Kurve ist.

Abbildung 1:

Auf der oberen Spur wird ein MIL-STD-1553-Signal angezeigt und decodiert. Die untere Kurve zeigt einen gezoomten Teil des oberen Signals. Beachten Sie, dass der Zoom eine detailliertere Dekodierungsebene hat

Neben der detaillierteren Anzeige der Spannungs-Zeit-Kurve in der Zoom-Ansicht zeigt das Oszilloskop auch mehr Details der Dekodierung des Signals. Diese Art des Zoomens, um mehr Details zu erhalten, ist besonders nützlich bei modernen digitalen Oszilloskopen, die lange Speicherlängen für die Datenerfassung haben und daher mehr Signaldetails erfassen können, als bequem auf die Pixel eines typischen Flachbildschirms passen.

Verwenden des decodierten Signals

Manchmal kann der Techniker alle Informationen erhalten, die er benötigt, um den ordnungsgemäßen Betrieb einer Schaltung oder eines Geräts zu bestätigen, indem er das decodierte Signal betrachtet. Aber häufiger muss der Techniker eine lange Signalerfassung oder sogar viele Erfassungen untersuchen, um Probleme zu erkennen oder den korrekten Gerätebetrieb zu charakterisieren. Abbildung 2 ist ein Beispiel für die Ansicht und Dekodierung eines ARINC 429-Signals. Es ist Abbildung 1 etwas ähnlich; Die obere Kurve zeigt eine Signalform von einer Sekunde (10 Unterteilungen des Oszilloskopbildschirms bei 100 ms/div) und die untere Kurve ist ein Zoomdetail dieser Daten. Wie in Abbildung 1 zeigt die Zoom-Spur mehr Details der Spannungs-Zeit-Spur und auch mehr Details der Dekodierung der Daten. Ganz unten in Bild 2 gibt es noch ein weiteres Feature – eine Tabelle, die wichtige Attribute des seriellen Datenstroms auflistet. Die Tabelle kann den Benutzer des Oszilloskops über wichtige Eigenschaften des gesamten Signals informieren, ohne dass er hineinzoomen und jeden Teil des Signals im Detail betrachten muss. Durch Untersuchung der Tabelle kann der Benutzer die interessantesten Teile des Signals finden, auf den Eintrag in der Tabelle klicken und das Oszilloskop zoomt automatisch auf diesen Teil des Signals.

Abbildung 2:

Die Erfassung eines ARINC 429-Signals auf der oberen Kurve, ein gezoomter Teil desselben Signals auf der unteren Kurve und eine Tabelle mit den wichtigsten Signaleigenschaften

Identifizieren und Beheben von Problemen

In der F&E-Phase leidet jedes Projekt unter einigen Arten von Problemen. In einem Avioniksystem ist es besonders wichtig, mögliche Fallstricke entweder im Daten-/Befehlsübertragungssystem oder in den Geräten, die über dieses System kommunizieren, zu identifizieren. Die Option ARINC 429 von LeCroy ermöglicht es einem Oszilloskopbenutzer, eine erfasste Signalaufzeichnung anhand einer Auswahl von 14 wählbaren Kriterien zu durchsuchen. Dazu gehören die Zeit des Auftretens eines Teils des erfassten Signals, Datenwert, Parität, Nachricht, Status und andere Signalattribute. Die MIL-STD-1553-Option geht noch einen Schritt weiter und ermöglicht es dem Oszilloskopbenutzer, einen Trigger einzurichten, um genau den Teil des Signals zu erfassen und zu dekodieren, an dem der Benutzer interessiert ist. Abbildung 3 zeigt das Trigger-Setup-Menü, in dem der Benutzer den Typ (Übertragung, Wort, Fehler und Timing), den Untertyp (Befehl, Daten, Status, beliebig), das Format (Binär, Hex) und den Befehl auswählen kann. Das Oszilloskop überwacht dann das in den angegebenen Kanal des Oszilloskops eingehende Live-Signal und triggert auf den gewünschten Signaltyp. Beispielsweise sind die Möglichkeit, auf einen bestimmten Befehl zu triggern oder das Signal zu überwachen und auf jeden Fehler zu triggern, sehr leistungsfähige Möglichkeiten zum Testen und Debuggen von Problemen.

Abbildung 3:

Einrichten eines Auslösers für MIL-STD-1553. Der Benutzer kann Typ, Untertyp, Format und Befehl auswählen

Zusammenfassung

Moderne digitale Oszilloskope können die Produktentwicklungszeit erheblich verkürzen und die Möglichkeit von Störungen in Luft- und Raumfahrtsystemen minimieren. Neben der Erfassung und Dekodierung von Avionik-spezifischen Signalen wie ARINC 429 und MIL-STD-1553 ist es auch möglich, die gleiche Art von Signalerfassung, Dekodierung und Fehlerbehebung bei allgegenwärtigen Signalen wie USB, RS232, UARTs und einer Vielzahl von Signalen durchzuführen von anderen Arten von seriellen Daten.