[發明專利]一種宇航三線制同步從模式串行通信功能單元電路及方法

有效

• 申請號: 202011075244.8
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112214195B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 張遂南;晉瓊;周潔;孫盼;梁小壇;郭芳;張靜媛;許志;張兵;余新明;李延軍
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: G06F5/06
• 分類號: G06F5/06;G06F1/24;G06F13/40;G06F13/42;G06M1/27;H03K17/22;H03K3/3565
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明提供一種宇航三線制同步從模式串行通信功能單元電路及方法，利用RC濾波網絡充放電原理，濾除干擾毛刺信號，并把如時鐘等幾納秒突變時間上升沿和下降沿的數字信號改變為幾百微秒上升沿和下降沿緩變時間的信號，再利用施密特反相器上升沿電壓門限值和下降沿電壓門限值不同且相差的滯回效應特性，使緩變時鐘信號再次變化為上升沿和下降沿幾納秒的突變時鐘信號，且與原始時鐘信號相比上升沿或下降沿延遲了數百微秒，因此可以調整優化時鐘信號和幀信號的時序關系，從而大幅度提高串行通信功能單元抗信號長距離電纜傳輸延遲導致的時序關系畸變能力強，串行通信沒有異常數據，通信可靠性高。電路系統結構簡單、成本低廉。

技術領域

本發明屬于宇航通信領域，涉及一種宇航三線制同步從模式串行通信功能單元電路及方法。

背景技術

在飛船發射、太空飛行和返回中，航天員需要經歷嚴酷的空間環境條件，如加速度、失重、沖擊、輻照等，為了保證航天員的安全，以及載人航天項目的圓滿完成，需要實時對航天員實施醫學監督與醫學保障。空間站、載人飛船飛行過程中，航天員健康信息處理計算機通過CAN總線實時接收生理信號測量盒和血壓計采集的航天員的心率、呼吸、體溫、血壓等生理健康信息數據，經DSP處理器對數據處理、存儲并通過三線制同步從模式串行通信功能單元電路傳輸到數據復接計算機(各部件連接關系如圖1所示)，再下傳地面監控站，據此地面醫護人員分析并及時提出醫學建議和指導，實現對航天員實施醫學監督與醫學保障。

三線制同步從模式串行通信是航天員健康信息處理計算機的一個關鍵串行通信功能單元電路，其實現并行數據到串行數據的轉換和移位輸出，按照如圖2所示協議時序關系，幀同步、時鐘和串行碼三個信號傳輸串行航天員的生理健康信息數據到數據復接計算機，周期性幀同步信號(高有效)和時鐘信號來自數據復接計算機，在幀同步有效時間內，時鐘信號的上升沿移出串行碼數據信號。

商用三線制同步串行通信通常直接采用標準協議的集成器件如SPI，或集成SPI處理器等，或者采用大規模可靈活編程的FPGA集成電路設計實現。宇航三線制同步從模式串行通信是不同于SPI的專用同步串行通信，且受限于高等級宇航級器件數量較少的限制，一般由兩種方法實現，其一宇航級FPGA編程設計實現，或者其二宇航級FIFO存儲器、并串移位寄存器、計數器、邏輯門電路等純硬件電路設計實現，第一種實現方法靈活，適應性強，但極其昂貴，單純實現串行通信功能一般不采用；第二種實現方法專用性強，結構簡單、成本低廉，是以前宇航計算機采用的主要實現方法，但因長電纜傳輸信號延遲較大，這樣造成三線制信號之間時序畸變較大，簡單采用方法二可能會發送異常錯誤數據，同時由于計算機之間上電通信不完全同步，因沒有功能單元封鎖使能信號，當處理器還處于上電初始化準備狀態時，早期實現方法中串行通信也可能會發送異常錯誤數據。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種宇航三線制同步從模式串行通信功能單元電路及方法，抗信號長距離電纜傳輸延遲導致的時序關系畸變能力強，串行通信沒有異常數據，通信可靠性高。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種宇航三線制同步從模式串行通信功能單元電路，包括：FIFO存儲器、移位寄存器、計數器、邏輯門、RS-422總線發送器、RS-422總線接收器、RC濾波網絡和施密特反相器；施密特反相器包括第一施密特反相器、第二施密特反相器和第三施密特反相器；邏輯門包括第二二輸入邏輯“或”門、第三二輸入邏輯“或”門和四輸入邏輯“或”門；

FIFO存儲器接收處理器傳輸的宇航員生理健康信息數據并存儲，然后傳輸給移位寄存器，移位寄存器將宇航員生理健康信息數據傳輸給RS-422總線發送器，RS-422總線發送器將宇航員生理健康信息數據傳輸給數據復接計算機；