高速电路PCB设计与仿真

在某测试系统核心板PCB设计中,基于IBIS模型,利用Cadence软件对SDRAM和主CPU间的高速信号进行信号完整性仿真,依靠仿真结果指导PCB设计,对关键网络的走线长度以及拓扑结构等做预先设计,有助于提高系统性能、减小失败风险和缩短开发周期。     

高速电路板信号完整性设计及仿真

在高速电路设计过程中,信号完整性问题是影响设计能否成功的重要问题之一。通过建立仿真模型,设计者可以在设计阶段就发现信号完整性问题,及时采取合理的方法修改设计,避免了由于信号完整性带来的系统失效。对常见的信号完整性问题进行分析,重点描述了反射和串扰,并结合仿真技术给出相应的修改措施,尽量减小信号完整性产生的问题,通过提前进行设计仿真,设计者可以减少设计失误,提高系统可靠性。     

大规模高速背板的信号完整性设计与仿真

本文首先从联合战术无线电系统的规模分析了设计大规模高速背板的必性,同时从信号完整性方面分析了高速背板设计中所面临的问题,包括反射、串扰、损耗与衰减、电源完整性等几个方面的机理及对PCB设计造成的不良影响,并针对这几个信号完整性问题给出了相应的PCB设计准则。其次,针对一款基于串行RapidlO高速总线的背板系统从PCB设计的层叠设计、布线设计、过孔设计等方面给出具体分析与设计方案。最后,通过Sigrity公司的PowerSI仿真软件、Synopsys公司的Hspice仿真软件和Quantum公司的QSI仿真软件进行信号完整性仿真和Ansofl公司的Siwave5．0仿真软件进行电源完整性仿真,通过仿真分析对PCB信号完整性进行验证与设计优化。     

复杂产品数字化装配工艺规划与仿真优化技术研究

基于复杂产品研制过程对数字化装配工艺规划与仿真的应用需求,对三维数字化装配工艺规划、设计和仿真优化技术进行了深入研究,包括在装配工艺规划、设计和仿真阶段如何深入应用三维产品模型、三维数字化装配工艺规划设计与仿真优化应用模式、建立三维可视化的装配工艺表示,以提高复杂产品装配工艺规划与可行性验证能力,缩短工艺准备周期。     

FPGA设计中的亚稳态问题及其预防方法研究

由于在复杂FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）设计中存在跨时钟域,通常会产生亚稳态现象.为有效地预防和解决该问题,分析FPGA设计中亚稳态的产生机理及其对数字信号处理系统的影响.根据不同的信号同步类型,针对单比特电平信号、脉冲信号和边沿信号,分别给出基于触发器级联的跨时钟域信号同步方法;针对并行信号,提出基于异步FIFO （First In First Out,先进先出队列）和握手协议的跨时钟域同步方法;并通过仿真手段分析信号同步方法的有效性及其适用范围.结果表明：这些方法能够正确有效地完成跨时钟域信号同步,预防可能出现的亚稳态问题,从而提高复杂FPGA设计的可靠性和稳定性.     

FPGA设计中跨时钟域信号同步方法

随着FPGA系统设计的复杂化,系统内部的各个功能模块往往需要工作在不同频率的异步时钟域中,因此系统内核心功能模块与外设的通信设计无法避免地会涉及到跨时钟域的数据与信号的传递问题。尽管跨时钟域的同步问题并不属于FPGA系统设计领域的新问题,但是随着多时钟域系统的常见化和复杂化,使得跨时钟域同步这一要求具备了新的重要意义。在对跨时钟域设计中容易出现的亚稳态现象及其造成的影响进行简要概述与分析的基础上,为了减小亚稳态发生的概率和降低系统对亚稳态错误的敏感程度,提出了四种跨时钟域同步的解决方案,较为详细地阐述了设计方案,对设计进行了评估与分析,并给出了优化设计。     

基于信号完整性分析的高速数字PCB板设计方法

通过对传统PCB设计与基于信号完整性分析方法的高速数字PCB设计的对比,介绍了一种基于信号完整性分析的高速数字信号PCB设计方法。在该设计方法中,首先对所有的高速数字信号建立起PCB板级的信号传输模型;然后通过对相应的信号传输模型进行完整性计算与分析来寻求能满足设计要求的布线规则;最后在相应布线规则的基础上来完成高速PCB板的设计和校验。实践表明,该设计方法可有效提高产品的设计性能,大幅缩短产品开发周期和降低开发成本,具有较好的实用价值。     

信号完整性分析技术

随着微电子技术和计算机技术的不断发展,信号完整性分析的应用已经成为解决高速系统设计的唯一有效途径。本文概要地介绍了信号完整性(SI)的定义及解决的主要问题;基于信号完整性分析的PCB设计;信号完整性分析模型和信号完整性仿真工具。     

基于某高速信号处理模块的信号完整性设计方法

信号完整性设计越来越成为高速电路设计成败的关键。基于某高速信号处理模块的设计经验，从器件选型、布局设计、叠层规划、电源地设计、时钟网络设计和布线要求等六个方面总结了信号完整性设计的工程化设计方法，并给出了高速串行信号特殊的设计要求。     

基于信号完整性的PCB设计一般规则

随着在计算机、通信系统、视频系统和网络系统中开发的时钟频率和数据速率越来越高,信号完整性正变得愈发重要。在当前的高工作频率下,影响信号上升时间、脉宽、定时、抖动或噪声的任何事物都会影响整个系统的可靠性。本文概要地介绍了基于信号完整性分析的PCB设计一般规则。     

时钟模型辅助的惯性/卫星紧组合导航算法研究

针对卫星信号受到遮挡或者干扰、卫星接收机收星数不足的问题,提出了一种时钟模型辅助的惯性/卫星紧组合导航算法。通过正常紧组合状态下的钟差、钟漂估计值建立钟差和钟漂的数学模型,在可见卫星少于4颗时,用时钟模型计算得到的钟差和钟漂作为系统钟差、钟漂的真实值引入观测信息中,并省去状态变量中的钟差和钟漂项,增加了系统的可观测性。最后,通过采集跑车试验数据进行了离线数据仿真试验。试验结果表明,提出的时钟模型辅助的惯性/卫星紧组合导航算法在可见卫星不足的情况下取得了良好的效果。     

时钟模型辅助的惯性/卫星紧组合导航算法研究

针对卫星信号受到遮挡或者干扰、卫星接收机收星数不足的问题,提出了一种时钟模型辅助的惯性/卫星紧组合导航算法。通过正常紧组合状态下的钟差、钟漂估计值建立钟差和钟漂的数学模型,在可见卫星少于4颗时,用时钟模型计算得到的钟差和钟漂作为系统钟差、钟漂的真实值引入观测信息中,并省去状态变量中的钟差和钟漂项,增加了系统的可观测性。最后,通过采集跑车试验数据进行了离线数据仿真试验。试验结果表明,提出的时钟模型辅助的惯性/卫星紧组合导航算法在可见卫星不足的情况下取得了良好的效果。     

INMARSAT integrity channels for global navigation satellite systems

The transmission of integrity information using a signal format compatible with the Global Positioning System (GPS) and relayed through a geostationary satellite repeater, which will be critical in achieving high integrity and availability of global navigation by satellite is discussed. The inclusion of navigation repeaters designed to fulfil this function, the next generation of INMARSAT spacecraft, INMARSAT-3 is examined. The global navigation satellite system (GNSS) integrity channel (GIC) will employ pseudorandom codes in the same family as, but distinct from, the codes reserved by GPS. The data format of the basic integrity channel is designed to convey user range error information for 24 to 40 satellites. A closed-loop timing compensation technique will be used at the uplinking Earth station, to make the signal's clock and carrier Doppler variations identical to those that would result from an onboard signal source. Therefore, the INMARSAT-3 satellites will increase the number of useful navigation satellites available to any user, and can also function as sources of precise timing. There is also a possibility that wide area differential corrections can be carried on the same signal     

GNSS双频导航信号用户完好性监测机制研究

用户完好性监测指标通常被用于衡量导航信息的可信度,针对单个卫星导航系统用户完好性监测指标过高、可用性较差的问题,提出一种全球导航卫星系统(GNSS)多系统双频信号联合完好性监测机制,该监测机制使用一定完好性风险分配值下的保护门限作为联合观测下的监测指标;另外,为了确保各种监测假设下的用户完好性,分别讨论了无故障及一颗卫星故障假设下的伪距观测误差获取、保护门限计算以及完好性风险指标分配等问题。仿真结果表明该用户监测机制可有效降低保护门限、提高可用性,在用于I类精密进近时全球大部分区域用户的可用性水平大于95%。     

惯性辅助的北斗导航故障自适应方法研究

北斗导航系统完好性是指北斗导航系统不能用于导航服务或导航精度超出给定范围时,具备及时发现故障并通知用户的能力.针对北斗导航完好性检测问题,为改善北斗导航定位系统的精度、连续性、完好性和可用性,研究了基于惯性辅助的北斗导航故障检测方法,设计了北斗导航系统的量测修正与故障检测实现方案,构建了基于新息正交性的自适应滤波北斗/SINS紧组合导航架构,根据滑动窗口内新息动态变化特性修正系统量测噪声方差,在北斗导航信号受到较大干扰、发生异常的情况下,对品质较差的卫星测量信号进行识别,并对检测超出一定阈值的突变卫星信号实现故障隔离,从而提高系统适应能力,增强北斗/SINS紧组合导航系统容错性.构建了北斗/SINS组合导航系统仿真验证模型,结果表明,基于惯性辅助的北斗导航方法能够有效检测出卫星信号故障,提高了系统的适应性和定位精度.     

多无人机辅助定位信标的区域导航定位算法

针对卫星导航系统在受到干扰不可用的情况,研究了多无人机（UAV）辅助的区域导航定位算法。以无人机作为空基信号播发平台,向地面用户广播其位置信息及同步时钟信号,地面用户通过接收无人机位置及与无人机的距离计算出其实时位置。以地面战车为例,为解决伪距单点定位算法中的矩阵不可逆问题,消除地面用户接收机的钟差,基于列文伯格-马夸尔特（LM）算法,提出一种地面用户的定位解算模型,同时,为提高一般最小二乘算法的计算精度,提出了两步最小二乘定位算法。在分析2种算法静态定位精度的基础上,设计了基于车载惯性传感器和无人机辅助定位信息的组合导航实现算法,实现了对战车的连续定位。仿真结果表明,在GNSS拒止环境下,利用无人机播发的定位信标信号并结合地面用户战车自带的惯性导航系统,可以实现对地面用户的可靠连续定位,满足一定区域范围内用户的导航定位需求。     

钟滑动辅助GNSS定位算法研究

针对GNSS卫星星座几何形状不好或者观测卫星数量不足,无法为导航解算和自主完好性监测提供足够观测量的问题,提出采用GNSS接收机时钟观测值进行辅助定位,提高定位精度,实现自主完好性监测。通过对接收机时钟建模,引入本地钟的钟差方程、辅助接收机观测方程,从而建立了一套完整的钟滑动辅助定位算法。通过对采集的真实数据作计算机仿真,证明了该算法的可行性和有效性。结果表明,在卫星星座几何形状较差或者某颗卫星出现故障时,利用钟差辅助算法能够有效地排除故障星,得到较好的定位结果。     

基于气压高度辅助的机载自主完好性监测算法

卫星接收机自主完好性监测是指根据用户接收机的多余观测值监测用户定位结果的完好性,其目的是在导航过程中检测出发生故障的卫星,并保障导航定位精度。针对卫星接收机自主完好性监测算法可用性不足的问题,结合机载实际导航系统配置,提出了一种基于气压高度表辅助的机载自主完好性监测算法。综合利用卫星导航系统及气压高度表观测信息,建立联合系统的观测模型,推导了基于多解分离的完好性监测及保护级别计算方法。仿真结果表明,相比于传统的接收机自主完好性监测算法,该算法在可见星为5颗时仍能识别故障卫星。该算法具有更好的故障检测能力及可用性,能有效提高卫星导航系统的完好性监测性能,从而保证卫星导航系统的精度和可靠性。     

芯片原子钟的工作原理及其研究进展

作为导航设备的重要部件,芯片原子钟可作为战术导弹、卫星接收机、小型无人机等所用导航设备的时钟源,也可与陀螺仪和加速度计组合实现微型定位、导航与授时。介绍了相干布局囚禁(Coherent Population Trapping, CPT)现象,以及芯片原子钟的发展历程,阐述了CPT实现方案的缺点(产生极化暗态、降低原子利用率),并给出了优化方案。此外,分析了微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)加工工艺等用于芯片原子钟制造的关键技术,并对芯片原子钟的发展趋势进行了展望。