超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元及组合方法与流程

1.本发明涉及一种电子设备电路模块接插单元及组合方法，尤其涉及一种超低轨微小卫星电子设备电路模块及模块组合方法。


背景技术：

2.超低轨微小卫星整星体积小、重量轻，要求电子系统设计紧凑和微小型化。由于轨道高度低，与传统的低轨卫星相比，超低轨微小卫星受到的大气阻力要高出几十个数量级，需要通过外形优化降低阻力改善在轨运行特性。这更加剧了卫星内部空间、电子设备体积的紧张程度。
3.计算机总线标准的接插件可以满足超低轨卫星电子模块间的总线通信需求，用在小面积印制板上会占用印制板较大空间，造成印制板可用面积降低，不能满足超低轨微小卫星对小型化的要求。另外，超低轨卫星为了满足特定的业务需求，各电子电路模块之间还需要超低轨卫星特有的信号通道和控制通道，例如rs485通道、rs422通道、can总线通道、oc通道、lvds高速通道等，上述计算机总线标准的接插件无上述通道，不能完全满足超低轨微小卫星内部电路模块间的数据交互需求。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元及组合方法，设计若干个功能电路的信号单元，增加信号通道和控制通道，满足超低轨卫星电子模块间通信需求。
5.本发明的技术解决方案是：
6.一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元，包括基板、设置在基板上的接插件、软排线连接器；
7.若干个双排结构接插件设置在基板的相对两侧，一侧的所述接插件用于电路模块接插单元中的总线信号与外部传输，另一侧的所述接插件用于电路模块接插单元中的低速非总线信号与外部传输；
8.所述软排线连接器设置在基板的第三侧边，用于电路模块接插单元中的高速非总线信号与外部传输。
9.优选的，所述用于总线信号传输的接插件采用直插式焊接固定在基板上，在基板的正面为排母结构，在基板的反面为排针结构。
10.优选的，所述用于总线信号传输的接插件内相邻排针或排母间距不大于2.54mm。
11.优选的，所述软排线连接器与基板之间采用弹性压配，卧贴、下接触形式安装。
12.优选的，所述软排线连接器采用gf2f系列连接器组件。
13.优选的，所述用于低速非总线信号传输的接插件采用直插式焊接固定在基板上，在基板的正面为排母结构，在基板的反面为排针结构。
14.优选的，所述用于低速非总线信号传输的接插件内相邻排针或排母间距不大于
2.54mm。
15.优选的，所述低速非总线信号包括电路模块中通过电源通道、rs485通道、rs422通道、lvttl通道、can总线通道、oc通道、ad通道、io通道传输的信号。
16.一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元组合方法，基于两个采用权利要求1设计的电路模块接插单元进行组合，包括：
17.将电路模块接插单元a压扣在电路模块接插单元b上方；
18.将电路模块接插单元a、电路模块接插单元b中分别用于低速非总线信号传输的接插件以排针排母叠插方式连接，构成低速非总线信号传输通道；
19.将电路模块接插单元a、电路模块接插单元b中分别用于总线信号传输的接插件以排针排母叠插方式连接，构成总线信号传输通道；
20.通过柔性电缆的两端分别以压扣方式连接电路模块接插单元a、电路模块接插单元b中用于高速非总线信号传输的连接器，构成高速非总线信号传输通道。
21.优选的，对电路模块进行扩展，在两个电路模块接插单元组合后，再增加另一个接插件布局、型号、尺寸完全一致的电路模块接插单元，将另一个电路模块接插单元c叠插在电路模块接插单元b下方，或叠插在电路模块接插单元a上方，再进行各信号通道的连接，连接方式与电路模块接插单元a、电路模块接插单元b之间信号通道连接方式相同。
22.本发明与现有技术相比的优点在于：
23.(1)本发明通过在计算机总线标准基础上增加控制通道和信号通道的方式，既可以复用标准总线的优良特性，同时还可以满足超低轨微小卫星对信号通道和控制通道的需求。在常规应用中，为了满足高速非总线信号的传输，通常会使用额外的电路模块实现，但这种方案占用较大的空间，不适用于超低轨微小卫星对小型化的要求。本发明只需要使用一个电路模块，集成了总线通道、高速非总线信号通道、控制通道、信号通道，节省了电子模块体积，有效节省空间。
24.(2)本发明在每个电子模块单元上都设计了排针和排母结构，排针排母结构方便两个电子模块单元进行组合叠插。排针排母结构相比于插座等其他连接结构具有更好的咬合性，在振动强烈时，仍然能保证接触良好。
25.(3)由于标准的工业总线标准信号传输速率有限，为了满足超低轨微小卫星电路模块的高速率信号的传输，本发明在标准的工业总线基础上增加柔性电缆，满足电子模块间的高速非总线信号传输。柔性电缆不仅可以输电，还能用于信号传输。其良好的柔韧性能和较小的弯曲半径在超低轨微小卫星电子电路模块连接的应用上非常有利。
26.(4)由于工业标准总线上增加信号通道和控制通道后，本发明具有灵活的可扩展性。它允许超低轨卫星内互换及匹配各种功能电路模块单元，可随系统的需求而升级电路模块单元的性能。增加系统的功能和性能只需通过改变相应的电路模块单元即可实现，无需重新调整电路模块单元间的连接方式。
附图说明
27.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
28.图1为计算机总线标准模块接插单元布局图；
29.图2为本发明实施例电路模块接插单元a接插件布置图；
30.图3为本发明实施例电路模块接插单元a主视布局图；
31.图4为本发明实施例电路模块接插单元a和b组合布置图；
32.图5为本发明实施例高速软排线连接器结构图。
具体实施方式
33.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
34.本发明提出了一种超低轨微小卫星电子设备电路接插单元及组合方法，通过改变设计思路，在计算机总线标准的基础上，创造性地融合信号通道和控制通道，从而满足超低轨卫星电子电路模块之间的特有通讯需求。
35.该方法对超低轨卫星电子电路模块的信号进行分类，分为总线信号、低速非总线信号、高速非总线信号。将速率低于10mb/s的信号划分为低速非总线信号，高于10mb/s的信号划分为高速非总线信号。
36.(1)总线信号通道
37.超低轨卫星内部总线通道是联通各个电路模块的核心枢纽，是各个电子模块间数据交互的公共通道。为了提高超低轨卫星整个系统的数据交互能力，带有控制器的各个电子模块均挂载在该总线上。超低轨卫星通过该总线，能使整个系统内各电子模块间之间的信息进行传输、交换、共享和逻辑控制等功能。由于各电路模块单元间均采用计算机总线标准协议，可以根据实际业务需求，对总线上挂载的电子模块进行扩充，同时方便系统硬件升级，只需要更换电路模块单元的电子器件即可，无需做出很大的改动。
38.超低轨微小卫星电路模块单元组合是通过接插件的排针排母叠插方式实现总线信号通道连接，接插件与模块单元的基板之间采用直插式焊接，基板正面是排母结构，基板反面为排针结构，接插件选择双排结构，采用双排结构优点在于多个模块单元组合时，方便电子模块单元的基板叠插，增加系统的牢固程度。每个模块单元的同信号类型的接插件尺寸标准相同，便于多个电路模块单元进行叠插，增加系统的兼容性和可扩展性。由于超低轨微小卫星体积的限制，接插件相邻排针间距不大于2.54mm，使接插件占用的印制板较小的空间，提高电路模块单元基板的利用率。排针数量可以根据总线标准要求进行设计，为了实现更好的兼容性，一般不少于104个，以满足常规总线标准要求。
39.(2)低速非总线信号通道
40.电路模块单元在计算机总线标准的基础上，扩展了低速非总线信号通道，用于两个电路模块单元间的低速非总线信号传输，以及多个电路模块单元间的信号传递，同时也支持扩展电路模块单元的低速非总线信号通道。该低速非总线信号通道与总线通道不同，总线通道是系统连接各个电路模块单元的通道枢纽，属于标准的计算机总线，而该低速非总线信号通道是为了实现超低轨微小卫星自身的业务需求而设定的，可以传输、传递总线
之外的信号。例如超低轨微小卫星的电源通道、rs485通道、rs422通道、lvttl通道、can总线通道、oc通道、ad通道、普通io通道等均通过该低速通道进行相邻板电路模块单元间的数据交互以及不相邻电路模块单元之间的信号传递。
41.本发明中，在原包含计算机总线标准的电路模块单元基板上增加接插件，用于传输低速非总线信号。接插件种类和数量可以根据超低轨微小卫星的业务需求进行相应的调整。在接插件布局时，为了使超低轨微小卫星的电路模块单元具有更好的抗振性，建议将新增加的接插件布局在计算机总线标准接插件的对侧，使叠插后的多个电路模块单元受力均匀，达到提高电路模块牢固度的目的。在接插件选型时，基于稳定性和体积小等方面的考虑，可以按照总线通道的接插件标准进行选型，接插件与单路模块单元之间采用直插式焊接，路模块单元的基板上方是排母结构，基板下方为排针结构，接插件选择双排结构。接插件间距建议选择不大于2.54mm，接插件引脚数量可以根据超低轨微小卫星的业务类型，进行相应调整。
42.(3)高速非总线信号通道
43.计算机总线标准协议速率相对较低，而且超低轨微小卫星的总线信号通道不适用于非总线信号的传输，而超低轨微小卫星中的lvds等信号速率在500mbps以上。为了满足以上需求，在计算机总线的标准基础上，增加高速非总线信号通道，可最高速率可达10gbps，对信号速率下限无限制要求。
44.新增的高速非总线信号通道与计算机总线标准信号通道完全不同，专门用来传输超低轨微小卫星内部电路模块间的高速非总线信号，对高速非总线信号通道的接插件以及传输介质也提出了更高标准的要求。高速非总线信号通道的接插件与低速非总线信号通道和总线通道的接插件选择标准不同，因为低速通道和总线通道的排针排母结构会受到速度的限制，不能传输高速非总线信号。为了满足高速通道的信号传输需求，电路模块单元之间的高速通道通过柔性电缆作为传输介质进行连接，柔性电缆最高传输速率可以达到10gbps以上，完全满足超低轨微小卫星高速非总线信号传输需求。同时柔性电缆连接两个电路模块单元时，不能采用低速通道和总线通道的排针排母叠插方式，由于电缆的柔软性，叠插方式连接系统不够紧固。为了实现更好的紧固性，电路模块单元的基板与接插件间需要采用弹性压配，接插件与柔性电缆间采用压扣式搭接方式，做到最大程度的良好接触，同时增加紧固程度提高抗振性。柔性电缆接插件的建议布局在低速通道和信号通道之间的中间位置，使电路模块单元的基板受力均匀同时又不影响电路模块的基板与另一个基板叠插。柔性电缆的通道数量可以根据超低轨卫星的具体任务要求进行设计，无数量要求。
45.下面以超低轨小卫星的电路模块为例进行说明。
46.pc104标准总线的电路模块单元布局图为图1所示，采用单列双排插针和插孔，p1：64针，p2：40针，合计104个总线信号。本发明如图2所示，在一块pc104标准尺寸的电路模块单元中，电路模块单元a的左侧并排放置两个引脚间距为2.54mm的esq-120-14-g-d型号接插件j1，构成一个整体，共4行，每行有20个针点，共80个针点。通过该80个针点进行超低轨微小卫星的信号通道和控制通道，为在pc104标准的基础上新增的信号通道。其中，j1连接器第一组40pin排针引脚信号定义：pin1-pin4为cana总线和canb总线，pin5-pin20为4组差分的rs422信号，pin21-pin22为rs485总线，pin23-pin24为信号地，pin25-pin40为4组差分的lvttl信号。j1连接器第二组40pin排针引脚信号定义：pin1-pin8为oc通道，pin9-pin12
为信号地，pin13-pin20为8路ad通道，pin21-pin28为电源通道，其余pin脚为预留通道，可以作为新增信号通道使用。
47.在电路模块单元a的右侧并排放置两个引脚间距为2.54mm的esq-126-14-g-d型号接插件j2，构成一个整体，共4行，每行有26个针点，共104个针点。通过该104个针点进行超低轨微小卫星的标准工业总线标准传输，与图1中的j0接插件效果相同。
48.在电路模块单元a的j1和j2接插件中间且靠近板边的位置放置软排线连接器j3，采用卧贴、下接触形式安装，间距0.55mm，50pin触点，触点数量可以根据需要进行扩展。软排线中pin1-pin3为lvds的clk+、clk-、clk_gnd，pin4-pin6为lvds的gate+、gate-、gate_gnd，pin7-pin30为8组差分数据线和数据线参考地信号，其余20个pin脚为预留引脚。高速软排线连接器可选型号较多，例如图5中航光电的gf2f系列连接器组件，这种组件在板高度低，端接方式为“c”型接触件弹性压配，可以实现一定角度的旋转，非常视同于空间狭小的板子与板子之间的数据传输，这种结构刚好满足超低轨微小卫星对电路模块单元空间狭小的要求，同时可以满足电路模块单元间的高速非总线信号传输。同时其电性能指标非常适用于超低轨微小卫星电路模块单元的应用，既满足了对电压电流的要求，又满足了对传输速率的要求。机械及环境性能指标同样适用于超低轨微小卫星运行的空间环境，同时其稳固的安装方式，满足超低轨微小卫星对振动的要求。
49.通过该系列连接器，可以有效实现超低轨微小卫星内狭小空间的电路模块单元间高速非总线信号通道的连接，非常适用于lvds信号的传输，在超低轨微小卫星电路模块单元中，lvds包含clk、gate、date0-date7等信号，8位数据格式，差分形式传输，共需要30个pin脚，其余20个pin点作为预留，可以供新增高速非总线信号通道使用。
50.图3为电路模块a的主视图，j1、j2、j3连接器与图2中的j1、j2、j3相同。
51.电路模块组合如图4所示，电路模块b与电路模块a的接插件布局、型号、尺寸完全一致，将电路模块a压扣在电路模块b上方，j1与j8叠插，j2与j7叠插，j4与j5通过柔性电缆fpc1连接，从而实现电路模块a与电路模块b的组合连接。
52.为了方便电路模块单元扩展，可以将接插件布局、型号、尺寸完全一致的电路模块单元c叠插在电路模块单元b下面，或叠插在电路模块单元a上面均可实现电路模块单元进一步组合。
53.以上所述实施例只是本发明较优选具体实施方式，本领域技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元，其特征在于，包括基板、设置在基板上的接插件、软排线连接器；若干个双排结构接插件设置在基板的相对两侧，一侧的所述接插件用于电路模块接插单元中的总线信号与外部传输，另一侧的所述接插件用于电路模块接插单元中的低速非总线信号与外部传输；所述软排线连接器设置在基板的第三侧边，用于电路模块接插单元中的高速非总线信号与外部传输。2.根据权利要求1所述的一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元，其特征在于，所述用于总线信号传输的接插件采用直插式焊接固定在基板上，在基板的正面为排母结构，在基板的反面为排针结构。3.根据权利要求1所述的一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元，其特征在于，所述用于总线信号传输的接插件内相邻排针或排母间距不大于2.54mm。4.根据权利要求1所述的一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元，其特征在于，所述软排线连接器与基板之间采用弹性压配，卧贴、下接触形式安装。5.根据权利要求1所述的一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元，其特征在于，所述软排线连接器采用gf2f系列连接器组件。6.根据权利要求1所述的一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元，其特征在于，所述用于低速非总线信号传输的接插件采用直插式焊接固定在基板上，在基板的正面为排母结构，在基板的反面为排针结构。7.根据权利要求1所述的一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元，其特征在于，所述用于低速非总线信号传输的接插件内相邻排针或排母间距不大于2.54mm。8.根据权利要求1所述的一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元，其特征在于，所述低速非总线信号包括电路模块中通过电源通道、rs485通道、rs422通道、lvttl通道、can总线通道、oc通道、ad通道、io通道传输的信号。9.一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元组合方法，其特征在于，基于两个采用权利要求1设计的电路模块接插单元进行组合，包括：将电路模块接插单元a压扣在电路模块接插单元b上方；将电路模块接插单元a、电路模块接插单元b中分别用于低速非总线信号传输的接插件以排针排母叠插方式连接，构成低速非总线信号传输通道；将电路模块接插单元a、电路模块接插单元b中分别用于总线信号传输的接插件以排针排母叠插方式连接，构成总线信号传输通道；通过柔性电缆的两端分别以压扣方式连接电路模块接插单元a、电路模块接插单元b中用于高速非总线信号传输的连接器，构成高速非总线信号传输通道。10.根据权利要求9所述的一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元组合方法，其特征在于，对电路模块进行扩展，在两个电路模块接插单元组合后，再增加另一个接插件布局、型号、尺寸完全一致的电路模块接插单元，将另一个电路模块接插单元c叠插在电路模块接插单元b下方，或叠插在电路模块接插单元a上方，再进行各信号通道的连接，连接方式与电路模块接插单元a、电路模块接插单元b之间信号通道连接方式相同。

技术总结
本发明公开了一种超低轨微小卫星电子设备电路模块接插单元及组合方法，电路模块接插单元包括基板、设置在基板上的接插件、软排线连接器。若干个双排结构接插件设置在基板的相对两侧，一侧的所述接插件用于电路模块接插单元中的总线信号与外部传输，另一侧的所述接插件用于电路模块接插单元中的低速非总线信号与外部传输。所述软排线连接器设置在基板的第三侧边，用于电路模块接插单元中的高速非总线信号与外部传输。本发明只需要使用一个电路模块，集成了总线通道、高速非总线信号通道、控制通道、信号通道，节省了电子模块体积，有效节省空间。空间。空间。


技术研发人员：宋宇超 李杰 辛明瑞 庞楠楠 靳尧凯 王启久
受保护的技术使用者：赛思倍斯（绍兴）智能科技有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/21