БЛОК БОРТОВОГО СТАНДАРТА ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к области приборостроения и измерительной техники и предназначена для формирования и выдачи потребителям высокостабильных меток времени на космических аппаратах (КА) различного назначения.
Известен блок бортового стандарта времени и частоты (БСВЧ) [1], содержащий ячейку вторичного питания (ВП), ячейку задающего генератора (ЗГ), ячейку выдачи частоты (ВЧ), ячейку выходных формирователей (ВФ), ячейку периферийного контроллера обмена. Основное назначение блока БСВЧ - синхронизация работы бортовой аппаратуры космического аппарата и временная привязка по управлению обменом командной, программной и служебной информацией. Данный блок БСВЧ взят нами за прототип полезной модели. Конструктивно блок БСВЧ состоит из несущей панели с закрепленными на ней ячейками и защитного кожуха. Структурная схема прототипа представлена на рис.1.
Опыт эксплуатации блока БСВЧ в составе КА «Метеор-3М» и в составе КА «Коронас-Фотон» показал перспективность использования данного типа блока БСВЧ в будущем.
Недостатком данного блока БСВЧ является его сравнительно высокая масса (5,8 кг).
Техническим результатом полезной модели является уменьшение массо-габаритных характеристик блока БСВЧ, что является весьма важным при его использовании в составе космических аппаратов.
Данный технический результат достигается тем, что в известном блоке бортового стандарта времени и частоты, содержащем ячейку вторичного питания (ВП), ячейку задающего генератора (ЗГ), ячейку выдачи частоты (ВЧ), ячейку выходных формирователей (ВФ) и ячейку периферийного контроллера обмена, функции ячеек задающего генератора и выдачи частоты (ЗГ) и (ВЧ) конструктивно реализованы единой схемой в одной ячейке.
При этом масса блока БСВЧ была уменьшена на 400 грамм, что существенно улучшило массо-габаритные характеристики блока БСВЧ.
Структурная схема полезной модели представлена на рис.2.
Блок БСВЧ по предложенной полезной модели содержит четыре ячейки: ячейку вторичного питания (ВП), ячейку выходных формирователей (ВФ), ячейку периферийного контроллера обмена (ПКО) и ячейку формирования времени и частоты (ФЧВ), объединяющую функции ячеек задающего генератора (ЗГ) и выдачи частоты (ВЧ).
Основное назначение ячеек блока БСВЧ.
Ячейка вторичного питания (ВП) обеспечивает стабилизированным питанием функциональные схемы и узлы блока БСВЧ. Ячейка ВП запитывается напряжением 27 В. Входящие в ее состав модули питания преобразуют напряжение 27 В в напряжения следующих номиналов: 5; 10; 12; 20 В.
Ячейка выходных формирователей (ВФ) предназначена для выдачи синхрочастот и последовательного кода времени. Выходные формирователи обеспечивают необходимые условия для передачи сигналов: гальваническую развязку, помехозащищенность и согласование электрических сигналов.
Ячейка периферийного контроллера обмена (ПКО) предназначена для сопряжения блока БСВЧ с мультиплексным каналом обмена (МКО) в соответствии с требованиями ГОСТ 26 765. 52-87.
Ячейка ПКО обеспечивает прием данных из трех резервных каналов с временным рассогласованием до 2 мкс. Передача данных в резервные каналы МКО осуществляется с временным рассогласованием не более 50 нс.
Ячейка формирования времени и частоты (ФЧВ) является главным функциональным узлом блока БСВЧ. Она предназначена для формирования опорных частот, синхрочастот, кода текущего времени и обеспечения синхронной работы каналов блока БСВЧ.
В состав ячейки входят: задающий генератор; схема деления на 5; схема переключения генераторов; схема приема НУ БШВ; схема формирования 2 МГц; схема формирования сетки частот; счетчик текущего времени (ТВ); схема коррекции ТВ; схема формирования и выдачи параллельного 34-разрядного кода ТВ в систему телеметрии; схема формирования последовательного 38-разрядного кода ТВ; устройство управления; схема формирования диагностической информации.
Ячейка ФЧВ - трехканальная. В каждый канал входит программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), ППЗУ для хранения конфигурации ПЛИС, два преобразователя уровня PTH04T230W (5-3,3 В и 5-1,2 В), преобразователь уровня LT1764EQ-2.5 (3,3-2,5 В) и задающий генератор. В качестве задающего генератора использован малошумящий кварцевый генератор ГК149-ТС-Д1-5,0 М-2Е-8/НР-2-Б-КМОП с характеристиками:
-8
- нестабильность частоты в интервале температур от минус 10 до плюс 55°С≤±2·10;
- долговременная нестабильность частоты без коррекции
-10
- за сутки ≤±5,0·10
-8
- за год ≤±5,0·10
-7
- за 10 лет ≤±3·10;
-8
- время установления частоты после включения с точностью ±5,0·10 не более 10 мин;
- ток, потребляемый во время включения от не более 500 мА;
- ток, потребляемый в установившемся режиме менее 50 мА;
- выходной КМОП-сигнал с низким уровнем не более 0,4 В и
высоким уровнем не менее 4,5 В, частотой 5 МГц.
Выходной сигнал генератора делится на 5 для получения частоты 1 МГц.
Для синхронизации работы каналов блока опорная частота 1 МГц на входы функциональных узлов блока подается через схему переключения генераторов, которая обеспечивает работу блока от одного генератора. Два других генератора находятся в горячем резерве.
Схема переключения генераторов состоит из двух схем контроля наличия частоты задающего генератора. Первая схема контроля обеспечивает приоритет частоте ЗГ1. Пока ЗГ1 исправен, частоты ЗГ2 и ЗГ3 заблокированы. Все три канала узла логики работают от ЗГ1. В случае отказа ЗГ1 в каналы узла логики поступает частота ЗГ2 или ЗГ3. Вторая схема контроля дает приоритет частоте генератора ЗГ2. Только в случае отказа обоих генераторов ЗГ1 и ЗГ2 каналы узла логики работают от генератора ЗГ3.
Схема контроля частоты состоит из схемы выделения фронта, счетчика и схемы коммутации. Схема выделения фронта формирует импульсы, обеспечивающие обнуление счетчика, пока работает основной генератор. Нулевое состояние счетчика позволяет схеме коммутации пропускать частоту основного генератора. При отказе основного генератора обнуление счетчика снимается, на счетный вход поступают импульсы резервного генератора, счетчик отсчитывает восемь импульсов и переключает схему коммутации на пропускание частоты резервного генератора.
Сигнал с частотой 1 МГц с выхода схемы переключения поступает на вход схемы формирования сетки частот по трем каналам.
Схема переключения генераторов формирует и выдает в ячейку ВФ телеметрические сигналы «ТМ ЗГ1», «ТМ ЗГ2», «ТМ ЗГ3» говорящие о том, от какого генератора работает блок.
В систему телеметрии ТМ-параметры выдаются из канала С, из всех трех каналов информация о генераторах выдается в МКО.
Схема формирования частоты 2 МГц представляет собой простой умножитель частоты 1 МГц. Сигнал частотой 2 МГц необходим для формирования метки 1024 Гц с точностью 0,5 мкс.
Схема формирования сетки частот представляет собой набор делителей с разными коэффициентами деления. Исходной частотой для всех делителей, кроме делителя на 1953, является 1 МГц.
Делитель на 1953 из частоты 2 МГц формирует метки 1024 Гц с точностью 0,5 мкс. Синхронизация делителя производится меткой 1 с, формируемой счетчиком текущего времени.
Счетчик текущего времени представляет собой 38-разрядный счетчик с устройством коррекции текущего времени. По функциональному назначению он разделяется на 5 составных частей (каскадов):
- 10-разрядный счетчик миллисекунд со схемой формирования метки 1 с;
- 6-разрядный счетчик секунд со схемой формирования метки 1 мин и схемой коррекции текущего времени;
- 6-разрядный счетчик минут со схемой формирования метки 1 ч и схемой коррекции текущего времени;
- 5-разрядный счетчик часов со схемой формирования метки 1 сут и схемой коррекции текущего времени;
- 11-разрядный счетчик суток со схемой коррекции текущего времени.
Исходной частотой для счетчика времени является частота 1 кГц, поступающая на счетный вход счетчика миллисекунд. Для последующих каскадов исходными частотами является 1 с, 1 мин, 1 ч, 1 сут.
Счетчик миллисекунд не имеет специальной схемы коррекции времени. Код коррекции (ΔT) поступает непосредственно на входы D счетчика и заносится в счетчик по команде на проведение коррекции ТВ сигналом Икор. Режим коррекции выполняется сразу после формирования метки 1 с, когда счетчик миллисекунд находится в нулевом состоянии.
Счетчики секунд, минут, часов снабжены схемами коррекции ТВ, состоящими из сумматоров и схем сравнения, выполняющими функции анализа величины откорректированного кода. Схема коррекции кода суток состоит из сумматора ТВ+ΔТ.
Источники информации
[1]. Б.И.Сапрунов, М.Г.Шнитникова. Бортовой стандарт времени и частоты. В сборнике «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли». Материалы III научно-технической конференции, СИСТЕМЫ НАБЛЮДЕНИЯ, МОНИТОРИНГА И ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ - М.: МНТОРЭС им. А.С.Попова, 2006. С.91-92