板件接插件、无电缆卫星总线布置方法及架构与流程

本发明属于卫星通讯技术领域，特别涉及一种板件接插件以及无电缆卫星总线布置方法及无电缆卫星总线架构。

背景技术：

目前，卫星上常用的数据总线包括RS-422、RS-232、RS-485、LVDS、I2C、CAN等类型，功率信号又包括母线信号、二次供配电信号等类型，常用卫星电总线是通过三通电连接器引出功率信号和数据信号，并通过同一电连接器与星上单机进行互连，每个挂在电总线上的单机均要配置功率总线接口保护电路，并根据需要进行单机内部的二次配电，同时均要配置相应的数据总线控制器，完成数据收发。然而传统的总线在电连接器的选型上是采用三通电连接器，这种连接器无论在电路板的设计制作上，还是使用三通电连接器制作专用的电缆去与星上单机互连，都使得设计及加工工艺复杂。

此外，电缆在制作工艺上要考虑电缆长度、电信号对应关系的正确性、电信号在电缆的传输过程中的幅度衰减、电缆的柔韧强度、耐温范围、重量等，这使得电缆的制作工艺、安装及布线变的复杂，增加研制成本。

当前使用总线架构是属于一种具备多主机支持的高性能串行总线。具有三根双向信号线，一根是总线占用标志线EN，一根是数据线DATA，还有一根是时钟线CLK，总线通过上拉电阻接正电源；信号线挂接各总线模块，总线模块上设置多种不同类型的接口；用户端通过总线模块挂接各种设备；这种总线架构在应用过程中会因为其中任意一根信号线失效而导致整体总线架构失效，如果一个总线模块发生短路现象，也会导致整个总线架构失效。

技术实现要素：

针对现有技术存在的技术缺陷，根据本发明的一个方面，提供一种板件接插件，用于卫星内部多个PCB板的层叠连接，所述板件接插件包括板件主体以及沿所述板件主体长度方向布置的多个节点，所述节点包括针脚和针脚插孔，所述针脚和所述针脚插孔沿所述板件主体高度方向对称设置在所述板件主体的两侧。

优选地，沿所述板件主体长度方向将全部所述节点进行分组，不同组别的节点用于传输不同的信号。

优选地，沿所述板件主体长度方向将全部所述节点分为CAN总线节点、LVDS节点、RS422节点、数据遥测、指令遥控节点以及供电节点。

根据本发明的另一方面，还提供一种无电缆卫星总线布置方法，通过权利要求1至3中任一项所述的板件接插件层叠连接卫星内部的多个PCB板，所述布置方法用于卫星内部多个PCB板之间的数据交互和信号交互：

a.将至少一个板件接插件固定在主控PCB板上；

b.在每个单机PCB板的对应位置固定对应数量的所述板件接插件；

c.通过所述板件接插件将所述主控PCB板和多个所述单机PCB板相互层叠连接，且所述主控PCB板和多个所述单机PCB板在对应位置的节点传输同种信号。

优选地，在所述布置方法中，将所述板件接插件的全部节点分为CAN总线节点、LVDS节点、RS422节点、数据遥测节点、指令遥控节点以及供电节点。

优选地，所述主控PCB板通过CAN总线节点、LVDS节点、RS422节点以及数据遥测节点中任一种或者任多种与所述单机PCB板实现数据交互，所述主控PCB板通过所述指令遥控节点以及所述供电节点控制每个所述单机PCB板的供电或断电。优选地，所述主控PCB板根据卫星的总功率通过供电节点向多个所述单机PCB板分配电压输出信号。

优选地，多个所述单机PCB板通过CAN总线节点、LVDS节点以及RS422节点中任一种或者任多种完成信号交互。

优选地，每个所述单机PCB板自主选择其板件接插件上部分节点的工作状态。根据本发明的另一方面，还提供一种无电缆卫星总线架构，主控PCB板以及多个单机PCB板依次层叠设置，且所述主控PCB板以及多个所述单机PCB板均设置有至少一个如权利要求1至3中任一项所述的板件接插件，沿层叠连接方向，所述主控PCB板上的板件接插件与第一个所述单机PCB板上的板件接插件位置相对应且通过所述针脚和所述针脚插孔彼此连接，多个所述单机PCB板上的板件接插件位置相对应且通过所述针脚和所述针脚插孔彼此连接。

本发明中，通过板件接插件完成无电缆卫星总线架构的布置，对于卫星而言，正确的进行对信号类型的分类，选择板件连接器贯穿各单机模块，对于功率信号，采用电源控制器在满足整星功率需求的情况下，提供规定压值电压输出给单机，同时，对于各单机的加断电控制也是由电源控制器完成，从而完成各单机供配电的统一管理。使用无电缆总线架构，避免了在使用电缆时电缆自身缺点、制作工艺上复杂、增加卫星重量及成本的缺点。无电缆卫星总线架构具有更高可靠性、通用性，实现“一体化”设计。进一步降低卫星整星电缆的复杂性，减轻整星电缆的重量，具有更高、更灵活的适用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本发明的第一具体实施方式的，一种板件接插件的结构示意图；

图2示出了本发明的第二具体实施方式的，一种无电缆卫星总线布置方法的流程图；以及

图3示出了本发明的第三具体实施方式的，一种无电缆卫星总线架构。

具体实施方式

图1示出了本发明的第一具体实施方式的，一种板件接插件100的结构示意图，所述板件接插件100用于卫星内部多个PCB板的层叠连接，所述板件接插件100包括板件主体1以及沿所述板件主体1长度方向布置的多个节点2，所述节点2包括针脚21和针脚插孔22，所述针脚21和所述针脚插孔22沿所述板件主体1高度方向对称设置在所述板件主体1的两侧。具体地，所述节点2的数量以及布置方式有多种，如图1中所示，沿Y轴方向(即沿板件主体1的宽度方向)布置两排节点2，每排节点2沿X轴方向(即沿板件主体1的长度方向)延伸，每个节点2包括沿Z轴方向分别置于所述板件主体1两侧(即沿板主体的高度方向)的针脚21和针脚插孔22。更为具体地，两个所述板件接插件100连接时，将一个板件接插件100的针脚21插入到另一个板件接插件100的针脚插孔22中即可完成连接。

作为一些变化，也可以沿Y轴方向布置单排节点2或者三排节点2或者更多排节点2。所述节点2的数量即对应所述针脚21和所述针脚插孔22的数量，本领域技术人员理解，在实际的使用中，部分针脚可能是闲置的，其目的是考虑到今后一段时间内的功能扩展和性能提高，而预留一些暂时不起作用的针脚以便今后改进。

作为第一具体实施方式的一个实施例，沿所述板件主体1长度方向将全部所述节点2进行分组，不同组别的节点2用于传输不同的信号。具体地，沿所述板件主体1长度方向将全部所述节点2分为CAN总线节点、LVDS节点，RS422节点、数据遥测节点、指令遥控节点以及供电节点，具体地，CAN总线节点、LVDS节点，RS422节点、数据遥测节点、指令遥控节点以及供电节点所包括的节点数量可以根据实际应用确定，例如，根据标准的14针、20针或者30针LVDS接口的定义，可以设置14个节点2、20个节点2或者30个节点2作为LVDS节点；根据标准的9针、25针或者37针RS422串口的定义，可以设置9个节点2、25个节点2或者37个节点2作为RS422节点。又例如，也可以自行定义节点2，例如所述板件接插件100共有120个节点2，可以分段定义节点信号，如定义1～10节点定义CAN总线信号、11～20节点定义LVDS信号，21～60节点定义RS422信号、61～80节点定义数据遥测信号、81～100节点定义指令遥控指令、101～120节点定义供电信号。

进一步地，通过CAN总线传输信号的过程中，CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点，本实施例中的全部CAN总线节点组成CAN总线接口。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。网络中的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。同时，CAN总线节点具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期。

进一步地，LVDS即为低电压差分信号，又称RS-644总线接口，目前LVDS技术规范有两个标准：一个是TIA/EIA(电讯工业联盟/电子工业联盟)的ANSI/TIA/EIA-644标准，另一个是IEEE 1596.3标准，这两个标准注重于对LVDS接口的电特性、互连与线路端接等方面的规范，对于生产工艺、传输介质和供电电压等则没有明确。具体的，本实施例中的全部LVDS节点组成LVDS接口，定位方式有多种，以20针的LVDS接口为例，其定义方式为，1：电源 2：电源 3：地 4：地 5：R0- 6：R0+ 7：地 8：R1- 9：R1+ 10：地 11：R2- 12：R2+ 13：地 14：CLK- 15：CLK+ 16空 17空 18空 19空 20空。以30针的LVDS接口为例，1：空 2：电源 3：电源 4：空 5：空 6：空 7：空 8：R0- 9：R0+ 10：地 11：R1- 12：R1+ 13：地 14：R2- 15：R2+ 16：地 17：CLK- 18：CLK+ 19：地 20：空- 21：空 22：空 23：空 24：空 25：空 26：空 27：空 28空 29空 30空。本领域技术技术人员可以在此基础上做出更多变化。

进一步地，全部RS422节点组成RS422接口，RS-422定义了平衡式多点接口，允许在相同传输线上连接多个接收节点，即一个主设备，其余为从设备，从设备之间不能通信，故RS-422支持点对多的双向通信。其采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)。

进一步地，全部的数据遥测节点组成数据遥测接口，具体地，根据卫星上关键的遥测量可以定义为电压遥测接口，功率遥测接口及状态量遥测接口等，电压遥测接口是检测单机供电节点的节点电压，判断单机电压与理论电压是否一致，功率遥测是检测单机的输出功率是否与理论功率值是否一致，状态量遥测接口是检测单机对应工作状态时的状态遥测量。

进一步地，全部的指令遥控节点组成的指令遥控接口，具体地，根据卫星设计工作方式主要有加断电遥控指令，由所述主控PCB板通过指令遥控接口向每个所述单机PCB发送供电指令或断电指令。

进一步地，全部供电节点组成供电接口，具体地，根据常用的4针供电接口、8针供电接口以及双6针供电接口，可以根据每个所述单机PCB板的功率需要确定相应数量的供电接口保持工作，例如，某个所述单机PCB板上的所述板件接插件100共有120个节点，101～120定义供电信号，即一共有20个供电节点，但实际使用中，对于该单机PCB板而言，并非所有供电节点均处于有效状态，实际上只需要根据其实际的功率需要保证4个供电节点、8个供电节点或其它数量的供电节点保持有效即可。

作为本发明的第二具体实施方式，图2示出了一种无电缆卫星总线布置方法，图3示出了本发明的第三具体实施方式的，一种无电缆卫星总线架构，结合图2和图3所示，包括如下步骤：

首先执行步骤S101，将至少一个板件接插件100固定在主控PCB板3上。结合图3所示，所述主控PCB板3上固定有三个所述板件接插件100，三个所述板件接插件100布置在所述主控PCB板3的三个边，作为一些变化，也可以只布置一个所述板件接插件100，或者两个所述板件接插件100。具体地，结合图1所示，所述板件接插件100的板件主体1的两端具有固定螺栓，通过两端的固定螺栓将所述板件接插件100固定在所述主控PCB板3上，更为简单的，也可以通过焊接的方式直接将所述板件接插件100固定在所述主控PCB板3上。

进一步地，执行步骤S102，在每个单机PCB板4的对应位置固定对应数量的所述板件接插件100。结合图3所示，三个所述板件接插件100布置在所述主控PCB板3的三个边，相应地，直接与所述主控PCB板3相连接的第一个所述单机PCB板4也布置三个所述板件接插件100，且与所述主控PCB板3上的三个所述板件接插件100的位置相对应，则所述主控PCB板3与第一个所述单机PCB板4能够通过三个所述板件接插件100相连接。更为具体地，多个所述单机PCB上设置的所述板件接插件100的数量和位置均相同。作为一些变化，若所述主控PCB板3上只设置两个所述板件接插件100，则第一个所述单机PCB板4也做相应的变化，又例如所述主控PCB板3上设置两个所述板件接插件100(一个命名为板件接插件A、另一个命名为板件接插件B)，而第一个单机PCB板4不需要板件接插件A上任意一个节点信号，则可以不用布置板件接插件A，只需在第一个单机PCB板4上对应所述主控PCB板3相同位置布置板件接插件B即可。

进一步地，执行步骤S103，通过所述板件接插件100将所述主控PCB板3和多个所述单机PCB板4相互层叠连接，且所述主控PCB板3和多个所述单机PCB板4在对应位置的节点2传输同种信号。具体地，如图3所示，所述主控PCB板3与第一个所述单机PCB板4能够通过三个所述板件接插件100相连接，多个所述单机PCB板4沿层叠方向依次布置，第一个所述单机PCB板4与所述主控PCB板3连接后，其余的所述单机PCB板4再依次与第一个所述单机PCB板4相连接，最终完成卫星内部的全部PCB板的布置。更为具体地，无论是所述主控PCB板3上的板件接插件100，还是多个所述单机PCB板4上的板件接插件100，其节点2的排布方式均是相同的，以保证所述主控PCB板3和多个所述单机PCB板4在对应位置的节点2传输同种信号。

进一步地，通过图2示出的无电缆卫星总线架构布置方法最终得到图3中示出的无电缆卫星总线架构，主控PCB板3以及多个单机PCB板4依次层叠设置，且所述主控PCB板3以及多个所述单机PCB板4均设置有至少一个板件接插件100，沿层叠连接方向，所述主控PCB板3上的板件接插件100与第一个所述单机PCB板4上的板件接插件100位置相对应且通过所述针脚和所述针脚插孔彼此连接，多个所述单机PCB板4上的板件接插件100位置相对应且通过所述针脚21和所述针脚插孔22彼此连接。

作为第二具体实施方式的一个实施例，所述板件接插件100的全部节点2分为CAN总线节点、LVDS节点、RS422节点、数据遥测节点、指令遥控节点以及供电节点，相应地，无论是所述主控PCB板3上的板件接插件100，还是多个所述单机PCB板4上的板件接插件100，均适用本实施例中节点2的定义方式。具体地，CAN总线节点、LVDS节点、RS422节点、数据遥测节点、指令遥控节点以及供电节点均为接口或者串口意义上的节点2，即，节点2的划分限定了节点2电路的特性，通过主控PCB板3上的电路以及多个单机PCB板4上的电路配合针脚21以及针脚插孔22实现。本领域技术人员理解，节点2的划分并不对具体的通信协议进行限定，用户在使用时，可以另行制定高层通讯协议，当所述主控PCB板3和多个所述单机PCB板4通过所述板件接插件100连接后，通过用户自行制定的通讯协议或者直接采用标准的通讯协议实现指令数据的传输。

作为第二具体实施方式的一个优选实施例，所述主控PCB板3和多个所述单机PCB板4相互层叠连接后，所述主控PCB板3通过CAN总线节点、LVDS节点、数据遥测节点以及RS422节点中任一种或者任多种与所述单机PCB板4实现数据交互，所述主控PCB板3通过所述指令遥控节点以及所述供电节点控制每个所述单机PCB板4的供电或断电。具体地，在本实施例中，卫星内部的信号传输，由所述主控PCB板3通过所述板件接插件100分发到多个所述单机PCB板4，每个所述单机PCB板4在收到所述主控PCB板3的控制信号后，执行相应的程序完成功能指令。例如，所述主控PCB板3通过与其对应连接的板件接插件上的CAN总线节点发送指令，相应地，所述单机PCB板也通过与其对应连接的板件接插件上的CAN总线节点接收指令，所述单机PCB板接收到指令后再基于指令执行相应的程序。又例如，所述主控PCB板3通过与其对应连接的板件接插件上的指令遥控节点以及所述供电节点发送指令，相应地，所述单机PCB板也通过与其对应连接的板件接插件上的指令遥控节点以及所述供电节点接收指令，所述单机PCB板接收到指令后再基于指令执行相应的程序。这样的方式，可以通过板件连接器上节点2定义各个单机PCB板4的供电信号、控制信号、遥测信号、遥控指令信号、总线，使各模块接口归一化。

更为优选地，所述主控PCB板3根据卫星的总功率通过供电节点向多个所述单机PCB板4分配电压输出信号，具体地，本实施例通过主控PCB板3上的电源控制器实现，电源控制器在满足整星功率需求的情况下，提供规定压值电压通过板件接插件100的供电节点输出给各个单机PCB板4，该电压的加断电控制也是由电源控制器完成，从而完成各单机PCB板4供配电的统一管理。更为具体地，本实施例实际上是总线供电模式，主控PCB板3通过板件接插件100的供电节点向单机PCB板4供电，其实际上类似于通过集线器向低功率外接设备供电的方式，即每个所述板件接插件100相当于一个集线器，主控PCB板3和多个单机PCB板4层叠连接后，下一个板件接插件100通过供电节点从上一个板件接插件100获得电能。

在另一个实施例中，多个所述单机PCB板4通过CAN总线节点、LVDS节点以及RS422节点中任一种或者任多种完成信号交互。即，在卫星内部的信号传输过程中，除主控PCB板3通过板件连接器上节点2向各个单机PCB板4传输供电信号、控制信号、遥测信号、遥控指令信号外，多个所述单机PCB板4之间也可以通过板件连接器上节点2彼此传输信号。具体地，在实际的应用，主控PCB板3与单机PCB板4之间的通信协议可以不同于多个所述单机PCB板4之间的通信协议，相应地，还可以配置不同的节点2分别用于主控PCB板3与单机PCB板4之间的信号传输以及多个所述单机PCB板4之间的信号传输，以避免信号之间的干扰。

在另一个优选地实施例中，每个所述单机PCB板4自主选择其板件接插件100上部分节点2的工作状态。具体地，以所述板件接插件100的全部节点2分为CAN总线节点、LVDS节点、RS422节点、数据遥测节点、指令遥控节点以及供电节点为例，每个所述单机PCB板4可以自主决定哪些CAN总线节点保持有效，哪些LVDS节点保持有效，哪些RS422节点保持有效，哪些数据遥测节点保持有效，哪些指令遥控节点保持有效以及哪些供电节点保持有效，相应地，每个所述单机PCB板4自主决定对应的针脚21保持有效即可。本领域技术人员理解，在本实施例中，除主控PCB板3通过板件连接器上节点2向各个单机PCB板4传输供电信号、控制信号、遥测信号、遥控指令信号外，各个单机PCB板4还可以主动选择接受上述各种信号的节点2，进一步降低信号之间的干扰。

本领域技术人员理解，本发明涉及的无电缆卫星布置方法以及总线架构，在卫星星体内部分布总线，采用板件连接器互联方式，减少卫星总线的长度，避免总线信号在长距离上造成信号失真、衰减、噪声干扰等缺点。

在实际应用中，当前在航天方面有使用镀银铜线芯聚四氟乙烯薄膜绝缘电线电缆，下表是镀银铜线芯聚四氟乙烯薄膜绝缘电线电缆相关参数，通过下表可以看出单位长度镀银铜线芯聚四氟乙烯薄膜绝缘电线电缆的20℃时直流电阻和重量与标称截面、导体根数相关，所以要是选择直流电阻小的电缆，就要选择截面大或根数多的规格，与此同时电缆的重量也随着直流电阻减少而增大，这样与无电缆卫星总线架构相比就增加电缆成本。

通过本发明提供的技术方案，可以节省卫星星体外部电缆数目，降低整星供电及数据传输的复杂性，减轻了整星电缆的重量，提高了产品的规范化和接口统一化，保证了卫星的模块化，满足“即插即用的设计理念。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。