通用接口適配器設計原則

接口適配器是測試設備與待檢測設備之間的信號樞紐，匯聚了大量的待檢測信號，其功能是將待檢測設備各個接口的信號通過不同的調理模塊轉接送至測量儀器。一般來說，通用接口適配器設計應遵循以下原則:

1)接口適配器設計應盡可能采用無源器件。有源器件受環(huán)境參數(shù)的影響更大，會增加測試結果的不確定性因素。

2)設計時應采用模塊化、標準化設計，增加接口適配器的可靠性與可維護性。

3)能夠實現(xiàn)待測設備與測試儀器之間的電器隔離，對測試系統(tǒng)具有一定的安全保護作用。

4)接口適配器中應包含必要的校準設計，對適配器所帶來的測量誤差能起到一定校準功能。

通用接口適配器FC型光適配器

這種連接器最早是由日本NTT研制。FC是FERRULECONNECTOR的縮寫，表明其外部加強方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。最早，F(xiàn)C類型的連接器，采用的陶瓷插針的對接端。此類連接器結構簡單，操作方便，制作容易，但光纖端面對微塵較為敏感，且容易產生菲涅爾反射，提高回波損耗性能較為困難。后來，對該類型連接器做了改進，采用對接端面呈球面的插針（PC），而外部結構沒有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。

通用接口適配器SC型光纖適配器

這是一種由日本NTT公司開發(fā)的光纖連接器。其外殼呈矩形，所采用的插針與耦合套筒的結構尺寸與FC型完全相同，。其中插針的端面多采用PC或APC型研磨方式；緊固方式是采用插拔銷閂式，不需旋轉。此類連接器價格低廉，插拔操作方便，介入損耗波動小，抗壓強度較高，安裝密度高。ST和SC接口是光纖連接器的兩種類型，對于10BASE-F連接來說，連接器通常是ST類型的，對于100BASE-FX來說，連接器大部分情況下為SC類型的。ST連接器的芯外露，SC連接器的芯在接頭里面。

通用接口適配器雙錐型適配器

這類光纖連接器中最有代表性的產品由美國貝爾實驗室開發(fā)研制，它由兩個經精密模壓成形的端頭呈截頭圓錐形的圓筒插頭和一個內部裝有雙錐形塑料套筒的耦合組件組成。

通用接口適配器DIN型光纖適配器

這是一種由德國開發(fā)的連接器。這種連接器采用的插針和耦合套筒的結構尺寸與FC型相同，端面處理采用PC研磨方式。與FC型連接器相比，其結構要復雜一些，內部金屬結構中有控制壓力的彈簧，可以避免因插接壓力過大而損傷端面。另外，這種連接器的機械精度較高，因而介入損耗值較小。

接口適配器作為自動測試系統(tǒng)的重要組成部分，是待測設備與測試儀器之間的橋梁。目前，大部分測量儀器是可以通用的，而接口適配器是專用的，如果1個待測對象對應1個接口適配器，就會使接口適配器種類繁多、測試系統(tǒng)龐大，造成資源浪費。而使用通用接口適配器，用戶可通過測控計算機控制矩陣開關自動切換以適應不同的測試對象，從而實現(xiàn)1個測試系統(tǒng)對應多個測試對象的目的，解決接口適配器重復開發(fā)的問題。

隨著網絡規(guī)模的擴大和技術的進步,通信網絡結構也越來越復雜。目前國內大多數(shù)業(yè)務提供商分別建立了各自的網絡管理系統(tǒng),這些網管系統(tǒng)之間相互割裂,遺留下管理信息不能互通、網管協(xié)議互不兼容等問題。因此需要建立一個能夠在混合網絡環(huán)境下支持混合網絡資源管理、網絡運行監(jiān)控、網絡優(yōu)化和業(yè)務調度的綜合網絡管理系統(tǒng),從全網的角度提高網絡資源綜合利用率,加強全網維護能力。要實現(xiàn)對多專業(yè)網絡的綜合管理首先需要將各個專業(yè)網管系統(tǒng)采集來的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一整合適配,所以構建一個通用的接口適配器是構建綜合網管系統(tǒng)的基礎。

通用接口適配器軟件設計原則

設計一個功能齊全、易于維護、便于“捆綁插拔”的接口適配器,必須有一套具有高度復用性和靈活性的系統(tǒng)設計方法。將設計模式引入到網管項目開發(fā)中,可以設計出一套易于維護、復用度高的系統(tǒng)。在接口適配器設計中遵循如下的軟件設計原則:

1)“開-閉”原則。一個軟件實體應對擴展開放,對修改關閉。做到“開-閉”原則的關鍵在于抽象化。給出一個或多個抽象類或接口,規(guī)定出所有的具體類必須提供的方法的特征作為系統(tǒng)設計的抽象層。

2)里氏代換原則。任何基類可以出現(xiàn)的地方,子類一定可以出現(xiàn)。里氏代換原則是對“開-閉”原則的補充,是對實現(xiàn)抽象化的具體步驟的規(guī)范。

3)依賴倒轉原則。要依賴于抽象,不要依賴于實現(xiàn)。

4)接口隔離原則。為客戶端提供盡可能小的單獨的接口,而不要提供大的總接口,使一個軟件系統(tǒng)在功能擴展的過程當中,不會將修改的壓力傳遞到其他的對象。

5)軟件可移植性。適配器(Adapter)設計的目標是整個程序幾乎可不做任何修改,就可以在各種平臺上運行。

通用接口適配器系統(tǒng)實現(xiàn)

1　接口適配業(yè)務流程

在大型網管系統(tǒng)中通常有多廠家協(xié)議接口,這些協(xié)議支持不同的廠商設備,或者它們可以處理由不同廠家對象產生的事件。為了保證網管系統(tǒng)之間的互通和互操作能力,提供協(xié)議發(fā)現(xiàn)功能模塊來標識被管系統(tǒng)所支持的協(xié)議以及它們所能處理的操作和事件。一旦用戶得到了協(xié)議的信息,就可以自動選擇協(xié)議適配模塊來適配命令和操作,并可以以統(tǒng)一的格式上報子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

協(xié)議適配模塊能夠被發(fā)現(xiàn),首先必須向平臺框架登記。這通過該模塊提供的兩個接口方法注冊和撤銷注冊來實現(xiàn)。這兩個操作只作為組件功能的一部分,并不屬于管理接口,從而可使服務與對象信息模型獨立。一旦實現(xiàn)以后,協(xié)議發(fā)現(xiàn)模塊不會因為對象信息模型的不同而發(fā)生改變,可用于Adapter平臺集中管理系統(tǒng)中的所有協(xié)議模塊。

2　協(xié)議發(fā)現(xiàn)功能模塊

如圖1所示,Adapter進程啟動時首先讀取配置文件config.xml,配置文件中描述接入平臺的網管系統(tǒng)接口適配所采用的技術,利用虛擬工廠模式生成相應的接口適配對象實例,并向注冊中心注冊該實例。如果有新的接口適配接入,Adapter進程可以在運行中reload(Configcfg),FindService可以根據(jù)配置文件到對象池中發(fā)現(xiàn)該協(xié)議的接口類,生成相應的代理類,通過動態(tài)代理類實現(xiàn)協(xié)議發(fā)現(xiàn)。

協(xié)議發(fā)現(xiàn)模塊控制對象的創(chuàng)建,隔離客戶端與需求創(chuàng)建的對象。當客戶端需要創(chuàng)建某個對象時,它必須先創(chuàng)建一個特定的工廠,然后觸發(fā)工廠對應的方法去創(chuàng)建實際的對象。這個模塊提供了創(chuàng)建關聯(lián)對象與對象組兩個功能,主要用于配置管理的對象工廠的實現(xiàn)。系統(tǒng)的設計目標是跨越多個操作系統(tǒng)平臺,系統(tǒng)中有少部分功能需要針對不同操作系統(tǒng)平臺作不同地實現(xiàn)。由于Adapter進程一啟動就需要創(chuàng)建實例,然而當運行時,這些對象必須保證是同一個平臺的實現(xiàn),因此采用橋接模式和抽象工廠模式,為每一種平臺提供一個工廠以創(chuàng)建所有對象,保證對象間的關聯(lián)。

3　接口適配實現(xiàn)技術

在網管系統(tǒng)互操作的雙方接口不一致的情況下,需要識別雙方接口的差異,并針對具體的接口差異來定制接口適配器,最直接的定制方法就是直接編程實現(xiàn)接口之間的轉換過程,包括通信協(xié)議、數(shù)據(jù)語法表示、語義表示各個層面上的轉換。其中,專業(yè)網管系統(tǒng)的北向接口由各廠商提供,接口采用的通信協(xié)議和信息模型有很大差異。有新的接口接入就需要重新編程實現(xiàn),重復性比較大,不利于統(tǒng)一管理。

通用接口適配器總體方案

所有測試儀器均通過接口適配器與待測設備相連，當待測對象發(fā)生改變時，只需根據(jù)待測設備端口信號特性切換矩陣開關和更換相應的調理模塊即可對其進行測試，進而大大提高系統(tǒng)的通用性和可擴展性。接口適配器主要由矩陣開關、數(shù)字信號調理模塊和模擬信號調理模塊組成。其主要功能是對數(shù)字、模擬等各種信號進行調理，使之滿足測試儀器要求，同時也起到保護儀器安全的作用。其實現(xiàn)框圖如圖2所示。

通用接口適配器內部模塊

1)矩陣開關設計

矩陣開關是接口適配器的重要組成部分，擔負著控制信號流向的任務，是實現(xiàn)自動測試與提高通用性的關鍵。圖3為待測端口到儀器端口映射過程示意圖，其中A=(a₁，a₂，…，a_n)為待測端口，B=(b₁，b₂，…，b_n)為儀器端口，L為A，B的映射關系，M為A，C的映射關系，N為C，B的映射關系。從圖3中不難看出，矩陣開關設計的關鍵在于映射關系M與映射關系N的確定。如果L已知，只需求得M或N任一映射關系，便可知另一映射關系。

2)模擬信號調理模塊設計

模擬信號調理模塊的主要作用是對模擬信號進行適當?shù)恼{理，使其電壓范圍滿足測量儀器輸入電壓要求。調理電路中采用了運算放大器芯片AD827。該芯片最高帶寬為50MHz，芯片內部集成了2片運放，分別用來進行信號放大平移和衰減。模擬信號調理電路如圖4所示。

圖4中左半部為第1個環(huán)節(jié)，輸入為V1，輸出為V2，其作用是對微弱信號進行放大。右半部為第2環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)是信號衰減環(huán)節(jié)，其最大增益為1，通過調節(jié)電位器，可以將信號最小衰減為0。

3)數(shù)字號調理模塊設計

數(shù)字信號調理模塊采用SN74ABT16245作為驅動芯片，通過開關K₁和K₂可控制信號方向，如果T/R₁和T/R₂均為高電平，則信號方向為A₀～A₁₅到B₀～B₁₅；如果T/R₁和T/R₂均為低電平，則信號方向為B₀～B₁₅到A₀～A₁₅。數(shù)字信號調理電路如圖5所示。

手機作為便攜通訊設備，發(fā)展趨勢是屏幕、功能等性能的不斷升級，但其耗電量也越來越大，據(jù)統(tǒng)計，目前主流的手機屏幕在2.4--4英寸之間，電池容量約為700--1500mAh，90%的手機電池在日常使用中可維持2--3天，使用頻率高時僅可維持1--2天，電池沒電導致手機無法工作的情況時常發(fā)生，給日常生活帶來了不便，偶爾也會嚴重影響工作或生活。通用接口（手機應急充電）電池，可在手機沒電時通過統(tǒng)一的手機接口（MicroUSB、2mm圓柱形接口、MiniUSB）高效、便捷的為手機充電，保證手機正常使用，解決了巨大的手機用戶群體長時間存在的問題。

通用接口電池市場規(guī)模：

世界手機用戶約41億。（截至2008年底）

我國手機用戶數(shù)約7.5億，其中手機網民數(shù)約2.3億，每年新增手機用戶約1億。（截至2009年12月）

在我國7.5億手機用戶中：

每天約1億(1/7) 用戶的手機在工作中沒電；

約6千萬人無法及時給手機充電；

約8千萬用戶手機沒電時需要查找重要的號碼或其他信息；

我國每年手機用戶增長約1億，通用接口（手機應急充電）電池的市場規(guī)模也在成爆炸式增長。

通用接口電池行業(yè)政策：

我國工信部頒布:YD/T1591-2009《移動通信終端電源適配器及充電/數(shù)據(jù)接口技術要求和測試方法》

實施日期：2010年1月1日

國際電信聯(lián)盟、全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會(GSMA)、開放移動終端平臺組織(OMTP)宣布：“MicroUSB作為手機通用充電接口在全球推行”

實施日期：2012年1月1日

目前宣布支持Micro-USB的OMTP由17家運營商和制造商組成。

通用接口電池政策解讀：

（1）歐盟宣布從2010起將統(tǒng)一“手機充電/數(shù)據(jù)接口標準”

歐盟委員會29日在布魯塞爾宣布，世界10大移動電話制造商已自愿簽署一份備忘錄，計劃從2010年起向歐盟用戶提供統(tǒng)一標準的手機充電器。

歐盟委員會在一份聲明中說，按照與10大移動電話制造商達成的協(xié)議，歐盟也將專門制訂一項新法規(guī)，規(guī)定新手機統(tǒng)一使用標準化的MicroUSB接口，以與標準充電設備匹配。

（2）我國頒布“統(tǒng)一手機充電/數(shù)據(jù)接口標準”2010年1月1日實施

中國是手機使用最多的國家，手機用戶超過7億，中國也是手機生產的大國，如果中國的手機充電器標準統(tǒng)一了，對全球都有促進作用?！笆謾C充電/數(shù)據(jù)接口標準”，即業(yè)內所說的YD/T1591-2006標準，頒布于2006年12月14日，全名《移動通信手持機充電器及接口技術要求和測試方法》，是在社會對統(tǒng)一手機充電器呼聲高漲的情況下，歷時4年推出的。這個標準，結束了手機充電器由手機企業(yè)自行決策，充電器樣式五花八門以至于更換手機后充電器?！氨黄忍蕴钡木置?。這一標準規(guī)定了手機充電器采用“電源適配器 線纜 手機”的三段式結構，從而階段性地統(tǒng)一了充電器側接口，使得手機充電器第一次實現(xiàn)了通用。手機還可以通過線纜連接到電腦等裝置上充電。

2009年我國工信部繼YD/T1591-2006標準實施兩年半以后頒布“YD/T1591-2009《移動通信終端電源適配器及充電/數(shù)據(jù)接口技術要求和測試方法》”新標準，替代2006年頒布的“YD/T1591-2006”標準，新標準確定于2010年1月1日正式實施。

新版標準有三大改變：

與2006年頒布的YD/T1591(第一版)相比，YD/T1591(第二版)主要在以下3個方面有大的改變。

第一是將手機側的充電/數(shù)據(jù)端口進行了標準化。對第一版沒有規(guī)定的手機側充電接口，在第二版中以3種接口可選的方式呈現(xiàn)，分別是MiniUSB(包括10pin的miniUSB)、MircoUSB以及2mm圓柱形接口。

第二是進一步擴充了電源適配器的應用范疇，不僅適用于手機，也可用于其他小型家電等ICT設備(如藍牙耳機充電、剃須刀充電等)。并擴充了標準的適用范圍，不僅適用于充電，也適用于數(shù)據(jù)傳輸接口。

第三是對電源適配器的節(jié)能性提出了更高的要求，同時考慮到如果要求電源適配器長期使用，就必需對其可靠性、耐用性以及材料的環(huán)保性有更明確的要求。新版標準從材料上對殼體塑膠材料提出了要求，除了避免易老化的材料外，還強調材料的環(huán)保性，同時也對接口的壽命增加了描述。

“YD/T1591-2009《移動通信終端電源適配器及充電/數(shù)據(jù)接口技術要求和測試方法》”新標準最重要的、對產業(yè)界影響最大的，是對手機側的接口進行了統(tǒng)一。

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電源適配器自激串聯(lián)型電源適配器

其中VT為電源適配器開關管，受激勵脈沖的控制，工作在截止與飽和狀態(tài)。C1是市電電壓整流濾波電路中的濾波電容。VD為續(xù)流二極管，它的作用是在開關管截止時為負載提供供電通路。L為儲能電感（即開關變壓器）。C2為電源適配器輸出端濾波電容。

電源適配器工作過程

在開關管VT飽和導通期間，C1正極的直流電壓Ui經過L→VT→C2正極→C2負極充電。一方面使C2兩端建立直流電壓，另一方面使儲能電感L中的磁能不斷增大。當開關管VT截止期間，L感應出左負、右正的電壓，則L中的磁能經續(xù)流二極管VD向C2及負載釋放。電源適配器輸出端電壓Uo的高低由VT的飽和導通時間的長短決定，即由基極激勵脈沖寬度決定。而基極激勵脈沖的寬度，由誤差取樣、放大電路決定。

在串聯(lián)型電源適配器中如果沒有續(xù)流二極管VD，則當開關管突然由飽和導通轉為截止時，由于L中的磁能不能釋放，將感應出極高的電壓。該電壓極易導致開關管VT擊穿。而接入續(xù)流二極管VD后，當開關管由飽和導通轉為截止時，L中的磁能通過VD向C2及負載電路釋放，一方面使L兩端的電壓下降，使開關管集電極-發(fā)射極壓降為輸入Ui值，并有足夠的余量；另一方面，在VT截止期間，L將通過續(xù)流二極管VD釋放能量，使負載電路在開關管截止期間，得到能量的補充，這將使輸出端電壓更平滑，電源適配器的效率更高。