航空集成电路“芯”时代“芯”发展

　　自主可控小型化离散量数字接口芯片

　　离散量作为信息采集接口广泛应用于航空、航天、兵器等军工以及工业控制领域，其功能和特性影响信息的获取和系统处理效能。传统的分立器件离散量接口解决方案已不能满足系统小型化高可靠性的要求，中航工业计算所及翔腾公司设计了一款具有自主知识产权的离散量数字接口芯片。该芯片灵活简单，集成了自检测、冗余、错误校验和错误隔离等功能，同时在小型化、功耗、成本、面积和重量上具有巨大优势，有效的提升了采集接口高集成化发展。

　　1、什么是离散量？

　　自然界产生的信号，宏观上为模拟量，离散量信号是对模拟量的抽样得到的，离散量表示只有两个状态的开关量的集合。航空离散量信号通常划分为“地/开”、“电压/地”、“电压/开”(“开”指开路状态) 三种类型，其中的“电压”依据系统要求不同分为+10V、+15V、+28V等形式。

　　2、为何离散量需要处理？

　　实际应用中离散量输入信号为不规则连续开关信号，如图1所示，不可直接被计算机接收处理。离散量处理就是在这些外部离散量信号与机内主处理器模块之间架起一道桥梁，将输入的离散量信号转换成主处理器可处理的数字信号。

　　离散量的输出一般由机内主处理器发出TTL控制信号，由于TTL信号电压较低，驱动能力较弱，不能直接驱动负载，离散量输出处理方法就是把主机输出的TTL信号放大，增大电压和电流来满足负载所需的驱动条件。为保证输出驱动的可靠性，离散量输出处理还需兼顾对异常状态的监控和保护，避免因过压、过流和过热等异常时损坏电路和器件。

　　图1　离散量输入输出处理示意图

　　3、为何离散量处理电路需要小型化？

　　国内离散量处理电路主要采用分立器件的方式实现，使用比较器芯片实现电平转换，电阻和电容器件实现RC滤波，且自检等功能需要大量逻辑器件完成，而离散量驱动方式仍采用IGBT驱动等较为简单的方式。

　　随着航空电子技术的发展，不断提高产品的可靠性，减小系统的重量、体积、功耗等，已成为硬件设计的一种趋势。传统的分立器件离散量接口解决方案已不能满足系统小型化、高可靠的要求。

　　4、离散量处理电路的小型化有什么典型案例吗？

　　为系统解决传统方案在体积、重量、功耗、灵活性等方面的缺陷，更能够适应未来高性能机载电子系统对高带宽、高可靠离散量信号综合处理和环境应力防护等指标的要求。翔腾公司深入研究各种离散量信号转换及处理技术方案和产品特点，结合离散量信号的电气特点和环境特点，综合、抽取各种应用模式和需求特点，研究设计了一款具有自主知识产权的离散量信号接口芯片，参数如下：

　　a.　实现32路28V航空离散量到TTL电平的转换；

　　b.　支持28V/Open、28V/GND、OPEN/GND三种离散量输入形式；

　　c.　具有HBM模型ESD保护2KV，瞬态间接雷防护水平达到3级；

　　d.　输入端口最大耐压50V，TTL接口提供5V，3.3V，1.8V多种电平标准；

　　e.　采取双时钟冗余，内部离散量采集通道采用2倍冗余并实现隔离，增强可靠性；

　　f.　提供自检测、错误校验功能；

　　g.　离散量端口可配置为DMA模式和自扫描模式；

　　h.　可配置自动数据刷新、抖动屏蔽时间以及参考外部；

　　i.　提供串行接口和异步并行接口；

　　j.　提供AirBus ABD0100H兼容性解决方案；

　　k.　器件质量等级为GJB597A-96规定的B级；

　　l.　工作温度范围为宽温 -55 ℃~125 ℃。

　　5、航空电子系统使用芯片处理离散量信号有哪些优越性？

　　a.　统一了接口规范，简化了电路设计，提高了系统的抗干扰能力，完善了系统的保护；

　　b.　完善、可靠和智能化的BIT功能为实现系统的PHM提供了物理基础和实现手段；

　　c.　减少了元器件的种类和数量，大幅度减轻系统的重量、体积和功耗，大大提高了系统的可靠性；

　　d.　降低离散量处理在计算机中所占用的软硬件资源的比例，使计算机回归计算控制的“本职”；

　　e.　提高了整个系统的技术水平，实现了离散量信号处理技术的跨代发展，达到了国际先进水平；

　　f.　提高了系统的国产化率，保证了关键元器件的自主可控和自主保障。