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      Jupiter GPS模塊故障修復(fù)及AT27C1024芯片復(fù)制技術(shù)研究

      2022-04-15 16:03:32閆靜濤趙子罡余長江常聰聰
      航空維修與工程 2022年2期
      關(guān)鍵詞:晶振串口時鐘

      閆靜濤 趙子罡 余長江 常聰聰

      摘要:通過研究Jupiter GPS模塊無法接收GPS信號的批量故障,分析了該模塊的工作原理,利用軟硬件搭接測試途徑,完成對其的單獨(dú)測試,針對故障芯片進(jìn)行深入研究,破解、讀出芯片中的BIOS信息,完成芯片的復(fù)制,解決了該故障。

      關(guān)鍵詞:Jupiter GPS模塊;AT27C1024-70VI;芯片復(fù)制

      Keywords:Jupiter GPS module;AT27C1024-70VI;chip replication

      0 引言

      全球定位系統(tǒng)(GPS)是利用美國24顆GPS地球衛(wèi)星所發(fā)射的信息進(jìn)行導(dǎo)航、定位、授時等服務(wù)的系統(tǒng)。自1993年GPS系統(tǒng)向世界免費(fèi)開放以來,得到了世界各地各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。GPS廣泛應(yīng)用于航空導(dǎo)航、航海導(dǎo)航、大地測量、石油地質(zhì)勘探、地震預(yù)報、授時校準(zhǔn)、自動校時、高程測量、時間同步、輸變電工程、疏浚工程測量驗收、車輛定位、車輛跟蹤、車輛導(dǎo)向及防盜等領(lǐng)域。

      美國Rockwell公司生產(chǎn)的Jupiter GPS模塊具有尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點,可方便、自主地開發(fā)出各種GPS應(yīng)用系統(tǒng)。該模塊曾大量裝備于我國部分需要接收GPS信號的軍民用設(shè)備上。具有如下特點:

      ● 極其緊湊的尺寸:71mm×41mm×11mm;

      ● 射頻輸入為1575.42MHz,范圍為-130dBw~-163dBw;

      ● 具有12個并行衛(wèi)星軌跡通道,能快速識別和再識別當(dāng)前位置;

      ● 支持真正的NEMA-0183數(shù)據(jù)格式;

      ● 直接微分的RECMSC-104數(shù)據(jù)動態(tài)提供定位精確度;

      ● 自適應(yīng)門限檢測,提高微弱信號的檢測能力;

      ● 基于SA的靜態(tài)導(dǎo)航能力;

      ● 與天線的兼容性強(qiáng);

      ● 3D到2D導(dǎo)航時能自動保持緯度;

      ● 可獲得基于SPS的最佳導(dǎo)航精度;

      ● 無初始化數(shù)據(jù)時可以自動開啟冷啟動程序;

      ● 通過串行通信,有很大的操作空間和配置能力;

      ● 可接收通過主串口寫入的初始化數(shù)據(jù);

      ● 具有三種啟動方式:熱啟動、初始化、冷啟動;

      ● 可以選擇衛(wèi)星;

      ● 可以選擇衛(wèi)星表面角;

      ● 最大測速可達(dá)500m/s;

      ● 工作溫度范圍為-40℃~+85℃。

      1 模塊功能測試

      1.1 模塊構(gòu)成

      Jupiter GPS接收模塊由GPS信號接收、數(shù)據(jù)處理兩大部分組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。GPS信號接收部分由Rockwell公司生產(chǎn)的R6732-13主芯片及外圍電路構(gòu)成,主要功能是借助天線接收GPS信號并對信號進(jìn)行解算,同時為天線前置放大器提供5V直流供電。數(shù)據(jù)處理部分由Conexant公司生產(chǎn)的11577-11主芯片及外圍電路構(gòu)成,主要功能是完成被解算信號的數(shù)字化處理,將其轉(zhuǎn)化為RS232信號,以便和外接設(shè)備通信,該外圍電路中包含美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT27C1024-70VI芯片,該芯片為一次性可編程只讀存儲芯片,儲存了芯片初始化所需的BIOS程序。Jupiter GPS接收模塊通過兩個串口與外部通信,串口1為主串口,全雙工方式;串口2為輔助串口,半雙工方式,僅提供修正量??赏ㄟ^這兩個串口與外部器件或設(shè)備連接,也可用軟件編程或硬件設(shè)置來配置其串口特性。

      該模塊還提供一個10kHz的參考時鐘輸出和一個1pps的時鐘脈沖(秒脈沖)輸出,可用于時鐘同步,進(jìn)行時鐘校準(zhǔn),并具備RESET復(fù)位功能,可通過將RESET置低電平對其進(jìn)行復(fù)位。

      Jupiter GPS接收模塊通過兩個接口完成與外接設(shè)備的信息交換,J1為同軸電纜接口,通過饋線連接外置天線,接收來自外置天線的信號,J2為雙排20針DIP結(jié)構(gòu),主要功能是提供可用的GPS信號并與外接設(shè)備通信,J2的針腳定義見表1。

      1.2 功能測試

      借助TTL-232轉(zhuǎn)USB工具(見圖2)將模塊和工控機(jī)相連接,使用串口1進(jìn)行通信,模塊2針接+5V,10針接GND,11針接RXD,12針接TXD,利用串口助手對模塊的收發(fā)功能進(jìn)行驗證,將GPIO2、GPIO3分別置高、低電平,有4種連接方式。

      通信驗證成功后,使用Jupiter GPS接收模塊所配套的GPS衛(wèi)星接收軟件“WinLabMon”對模塊接收GPS衛(wèi)星情況進(jìn)行測試。測試時需通過饋線連接外置天線,并對天線前置放大器進(jìn)行+5V供電,將外置天線置于空曠的戶外,連接成功并運(yùn)行軟件后可通過軟件觀察到GPS衛(wèi)星的數(shù)量、分布、信號強(qiáng)度及運(yùn)行軌跡,如圖3所示。

      2 故障分析及定位

      利用TTL-232轉(zhuǎn)USB工具對故障Jupiter GPS模塊進(jìn)行功能測試,供電后發(fā)現(xiàn)模塊無10kHz的參考時鐘及1pps的時鐘脈沖(秒脈沖)輸出,主串口無對外通信功能,使用串口助手無法接收到模塊發(fā)出的信息,無法接收到GPS衛(wèi)星信息,即模塊未啟動。

      檢查貼片保險絲未見異常,檢查電阻、電容、二極管等未見擊穿、短路等情況,在線檢查各芯片供電均正常,可滿足芯片的正常工作。使用示波器檢查模塊上的兩個晶振起振情況,發(fā)現(xiàn)主芯片11577-11外圍與時鐘控制器相連接的32kHz晶振未起振,更換時鐘控制器及晶振后故障依舊,判斷故障點不在時鐘控制器及晶振上,而是其他元器件故障導(dǎo)致晶振不起振和模塊不啟動,故將故障點鎖定在以11577-11為主芯片的數(shù)字信號處理部分。

      結(jié)合原理框圖(見圖4)對模塊再次進(jìn)行分析。數(shù)字信號處理部分主要由Conexant公司生產(chǎn)的11577-11主芯片、ATMEL公司生產(chǎn)的AT27C1024-70VI及ISSI公司生產(chǎn)的兩個IS62C256-70TI和一個32kHz的晶振、時鐘控制器組成。查閱芯片相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn),IS62C256-70TI為緩存,用于臨時存放數(shù)據(jù),掉電后數(shù)據(jù)隨之丟失;AT27C1024-70VI為一次性可編程只讀存儲器(EPROM),寫入后不隨掉電丟失,用于存放一些芯片的初始化程序;11577-11為該部分的主芯片。經(jīng)過對比,前期已排除晶振及時鐘控制器故障,故最有可能出現(xiàn)故障的部位是11577-11及AT27C1024-70VI。對AT27C1024-70VI芯片進(jìn)行更換,故障排除。

      3 AT27C1024-70VI芯片

      3.1 芯片結(jié)構(gòu)

      3.2 芯片破解及復(fù)制

      由于封裝原因,無專用燒寫適配器,需要將芯片封裝由TSOP轉(zhuǎn)換為DIP形式,便于和燒寫器相連接。采購?fù)ㄓ眠m配器座后將其改裝,改裝后滿足燒寫器要求,如圖6所示。通過多種格式的反復(fù)讀出、寫入試驗,結(jié)合分析奇偶校驗、首地址、末地址、累加和等相關(guān)軟件信息,將芯片中的信息成功讀出并復(fù)制了該芯片,芯片中存儲的信息文檔如圖7所示。

      4 結(jié)束語

      隨著機(jī)載設(shè)備技術(shù)的更新發(fā)展,航空維修中電路板修理量和修理深度加大,所涉及的內(nèi)存芯片越來越多,對所存儲信息破解、讀出、寫入的修復(fù)要求也越來越高。該項目試驗的成功將為機(jī)載設(shè)備內(nèi)存芯片信息破解積累一定經(jīng)驗,同時因該芯片封裝形式為TSOP40針表貼結(jié)構(gòu),分解和裝配時對手工焊接要求很高,也為IPC手工焊接積累了經(jīng)驗。

      參考文獻(xiàn)

      [1]袁安存.全球定位系統(tǒng)(GPS)原理與應(yīng)用[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,1999:1-10.

      [2]張鳳舉,王寶山,編著.GPS定位技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1997:46-55.

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