基于GTX接口的宇航用高速串口设计与应用

GTX (Gigabit Transceiver,吉比特收发器)是一种低功耗的收发器,可用于实现多种高速串行接口。GTX高速串行通信接口有宇航级单板、单机、系统级接口电路应用场景。文章针对GTX共性问题进行设计,面向宇航电子产品需求,优化PCB电源完整性与信号完整性设计,增加耦合电容,设计电路并进行性能仿真,完成了4路单通道速率3.125Gbps的高速信号传输、每路交换数据吞吐量大于5Gbp的信号传输试验,实现了10Gbps量级的信号传输,电源完整性及信号完整性满足宇航电子产品要求。     

基于TSV的星载微系统设计与可靠性实现

基于硅通孔TSV（Through Silicon Vias）的星载微系统，通过硬件框架设计、TSV关键工艺设计、CPS仿真设计、全流程测试及可靠性研究，最终在全国产化高温共烧陶瓷HTCC（High-Temperature Co-fired Ceramics）管壳内集成了抗辐照海量信息处理器、抗辐照大容量存储器、抗辐照微控制器、抗辐照38译码器等器件，形成43 mm×43 mm×5.65 mm的气密性封装星载微系统，具备高可靠、高性能的处理能力以及星上常用的控制和通讯接口，可用于星上载荷信息实时处理及星务平台控制管理，可以有效替代现有的板级产品，实现星载电子系统的小型化、集成化。     

面向宇航应用光传输微系统集成技术

为了满足宇航系统对高速、宽带数据和图像传输产品小体积、轻质化的需求，研究光传输高速高密度集成技术。基板采用带状差分线设计和叠层组装工艺，提高集成密度、缩小体积提升了系统组装的空间，并通过建模仿真设计分析高速信号完整性；将光器件设计在外壳底板上，实现高效散热结构设计，同时提高了光器件使用可靠性；采用混合集成微组装工艺，硅转接基板实现芯片级三维立体集成，采用二次封装技术解决了光纤高效耦合与气密共实现的难题。微系统模块体积≤27 mm×24 mm×5 mm，气密封装漏率≤5×10–9Pa·m3/s(He)。     

高速PCB的仿真与EMC设计方法探讨（Ⅰ）

以高速系统的信号完整性（SI）仿真、电源完整性（PI）仿真以及EMC分析为基本出发点。着重介绍了基于电路与电磁场仿真分析工具及EMC设计规则解决板级PCB设计中EMC问题的过程、高速PCB的电源分配系统（PDS）的构建以及高速PCB仿真设计中电源完整性分析过程，通过EDA分析工具实现PCB的建模与分布参数提取；通过电磁场分析工具完成网络参数定量分析，从最基本的设计方法入手，提出了高速PCB的信号系统与电源系统设计参数优化方案，指出了信号与电源完整性仿真设计和EMC设计的内在联系，希望本文能给予正在从事产品EMC设计的可靠性工程师、高速系统仿真设计工程师提供解决此类问题的新思路与新方法。     

星载高速数字电路电源芯片选型及电源完整性设计

优化电源完整性及可靠性设计可以有效提高高速数字电路在高速、高负载及极端环境下工作的性能及可靠性。通过对开关式点电源及LDO (低压差线型稳压器)两种供电方式在星载高速数字电路中的应用特点进行分析,总结出针对两种电源在电源完整性上的设计准则,量化相应测试指标,通过对开关类电源LTM4644及LDO型电源对信号完整性设计及电源芯片选型进行研究优化,为星载高速数字电路电源完整性设计及测试提供部分参考及依据。     

基于信号完整性与电源完整性的PCB电磁兼容协同仿真方法研究

针对日益复杂的电子设备电磁兼容设计,提出基于信号完整性与电源完整性的PCB电磁兼容协同仿真方法。在实际仿真应用中,使用PCB电磁兼容协同仿真方法从降低电源平面阻抗、优化信号质量及降低整板辐射等方面对某运载火箭综合控制器主机板PCB进行仿真优化,有效减少潜在的电磁兼容性问题,提高可靠性。     

基于混合仿真对高速电路电源网络的优化设计

随着遥感相机工作频率的提高,成像电子学系统中的电源噪声成为影响图像质量的一个重要的因素,过大的电源噪声会干扰所传输视频信号,并影响到成像的清晰度和系统噪声。传统设计方法仅通过"目标阻抗"来判断电源阻抗是否满足要求,缺少对电源噪声的准确分析,且该方法将电源/地网络(P/G网络)中的电流设定为负载最大电流,容易造成电源"过设计"的情况。为此,文章提出一种新型的电源设计方法,该法将信号分析和电源设计结合一体进行,通过建立混合仿真模型对电源噪声进行分析计算,该混合模型包含了信号的传输通道模型、P/G网络模型、器件封装模型,并将器件驱动端口翻转引起的电流变化以及信号产生的回流引入仿真模型中。通过仿真计算不仅可以得到电源的瞬态噪声,还能够根据计算结果进行降噪设计,有效的控制了P/G网络上噪声的变化,采用本方法可以有效控制去耦电容的添加数量,保证了电源完整性设计的有效性和可行性。     

基于硅通孔的信息处理微系统关键技术研究

研究依托硅通孔实现信息处理微系统的技术。概述了传统信息处理系统小型化集成实现方式及新需求下所面临的发展瓶颈,依托"拓展摩尔定律"(More than Moore)战略成为信息处理系统具备高密度、多功能、多工作模式能力的重要实现方式,硅通孔TSV(Through Silicon Vias)为上述需求提供了重要的支撑手段;着重阐述了信息处理类微系统的优势和设计、实现、测试等方面的关键技术,并展示了已实现的多种信息处理微系统产品组成形态,最后对信息处理微系统产品的应用前景进行了展望,阐述了关键技术对信息处理微系统实现支撑的优越性。     

基于SiP技术的雷达信号处理微系统设计

系统级封装SiP(System in a Package)已成为后摩尔时代延续摩尔定律的主要技术路线,是未来电子装备小型化和多功能化的重要依托,在微纳电子设计和制造领域具有广阔的应用市场和发展前景。介绍了系统级封装技术的发展和应用情况,根据雷达信号处理系统芯片化、集成化、高能效、高可靠的发展需求,探讨了SiP技术在雷达信号处理系统中应用的可行性,提出了一种基于SiP技术的雷达信号处理微系统设计及实现,SiP产品比PCB板卡面积缩小60%以上。     

面向电磁特性测量的毫米波级联雷达系统设计

单芯片毫米波雷达面临着测量维度单一、分辨率低的问题,级联雷达芯片可以获取目标的多维信息,但是给信号采集、存储和处理带来了很大压力。本文设计了高速信号处理板与级联雷达芯片构成一套完整的毫米波多发多收(MIMO)成像系统。该系统为稀疏阵面,采用时分多址(TDMA)模式,使得系统兼具2个维度的高分辨率以及空间分辨能力,并且系统内部采用高速串行计算机扩展总线标准(PCI-Express),外部采用Thunderbolt3接口,均具备很高的通道传输速率,支持对目标区域进行实时成像。使用该系统可以从高分辨成像结果中提取有效的电磁特征,以更好地使用毫米波区分不同电磁特性的目标。最后,采用此系统开展点目标和复杂目标的成像试验,成像结果充分验证了该毫米波雷达可以有效测量不同类型目标的电磁特征,对不同电磁特性的目标具备一定的分辨能力及快速成像能力。     

基于PowerPC硬核的片上组合导航计算机设计

为了满足微小型组合导航系统体积小、功耗低、精度高等方面的要求,根据新的嵌入式系统开发理念,通过软硬件协同设计将整个组合导航计算机系统集成在一片内嵌PowerPC微处理器的FPGA芯片上,实现了SoPC设计。利用FPGA内部的资源实现了组合导航系统的硬件平台,并设计了运行在该硬件平台上的底层驱动程序和组合导航软件。测试结果表明系统满足设计要求。     

基于无向图的SoC软硬件划分方法

软硬件划分是SoC软硬件协同设计中的重要步骤之一。针对软硬件划分问题,提出一种基于无向图的软硬件划分方法,将软件成本和硬件成本设定为网络图的节点,将功能模块间的通讯成本设定为无向的边,从而将芯片的软硬件划分问题归结为基于无向图理论的多目标优化求解的问题。仿真结果证明,该方法在算法效率上优于GA算法和KL算法。并且设计研制了FPGA测试平台,实现软硬件并行开发,提高了基带芯片开发的效率。以BDS/GPS双模基带芯片为例,对本方法进行了具体实施,为基带芯片的软硬件划分设计提供了理论依据。     

基于ADS的MESFET功率放大器设计

提出一种在无法获取器件大信号模型条件下采用小信号法设计功率放大器的方法。在此基础上 ,借助Agilent ADS软件采用小信号设计、提取器件的封装寄生参数、优化结合的方法设计了一个 MESFET功率放大器。     

新型星载信息处理与控制微系统设计

研究星载信息处理与控制系统利用微系统技术解决空间装备小型化、高可靠、高性能与高效热管理的问题。首先介绍基于新型星载器件的数据处理与控制系统架构,然后通过以晶圆级处理、芯片堆叠、微凸点制备与微组装等为核心的三维微纳集成技术,将系统核心硬件部分缩小为原尺寸的20%,从而大幅减少体积、尺寸和重量。利用高导热封装材料,解决空间电子系统高效热管理问题,提出一种新型星载信息处理与控制微系统设计和实现的通用解决方案,并通过半实物仿真验证了在小型化、高可靠、高性能与高效热管理方面的优势。     

微系统自唤醒技术的研究与发展

微系统技术集信息获取、处理、交换、执行以及供能等功能于一体,已广泛应用于物联网终端,而物联网终端电池续航能力限制了其在各类场景中的应用能力。将自唤醒技术——一种能量管理策略——应用于物联网终端微系统,可实现微系统低功耗休眠与唤醒状态的自动切换。对微系统的自唤醒技术进行归纳与分析,根据微系统休眠时功耗特点的不同,将自唤醒技术分为四类。然后在此基础上,对微系统自唤醒技术主要应用场景中有效工作时长占比小、分布范围广、部署数量多等特点进行了分析。最后对微系统自唤醒技术未来发展与面临挑战的讨论表明,自唤醒技术在未来物联网的构建过程中将发挥重要作用。     

100 kWe级空间快堆核电源系统仿真平台开发与应用

空间核反应堆电源作为一种具有竞争力的空间电源方案,正逐渐受到关注及应用。本文针对一个100 kWe级锂冷快堆耦合布雷顿循环的空间堆核动力系统方案,修改了RELAP5程序中的物性程序、换热模型,程序中的中子动力学模块使用蒙特卡洛方法计算快堆物理参数与堆芯控制调节参数,由此集成并建立一个空间快堆核动力系统综合仿真平台,应用该平台对100 kWe级空间堆核动力系统进行了稳态模拟与事故分析。结果表明:在瞬态发生后系统各参数变化符合预期,验证了各部件及控制系统的功能性及有效性;同时,还初步进行了仿真平台用于100 kWe级空间反应堆核动力系统设备的设计优化的实践,为空间快堆设计与安全分析提供了技术储备。     

嫦娥五号探测器供配电系统设计与验证

结合嫦娥五号探测器主要任务特点,简要介绍了多器供配电系统的功能需求、多器联合供电方案设计,并通过能量平衡仿真分析、多母线融合控制等关键技术,解决了嫦娥五号探测器在复杂空间环境下多任务、多模式的高可靠轻小型化供配电系统设计难题。在轨飞行试验结果表明:供配电系统功能正常、工作可靠、性能优良。提出的嫦娥五号探测器多器组合一体化供配电系统分析与设计方法,满足并确保了月面无人自动采样返回任务可靠实现,可为未来探月工程及其它深空探测领域供配电系统设计提供参考和借鉴。     

SAR高速实时信号处理系统设计

合成孔径雷达回波数据速率一般高达3GSPS,如何采集、存储、压缩、传输如此高速率的数据成为一个难点。文章在分析了SAR回波数据特点的基础上,设计并实现了一个SAR高速实时信号处理系统。该系统以FP-GA为核心处理器、ADC08D1500为高性能的AD采集芯片、DDR_SDRAM为数据存储器、TLK2711为数据传输芯片。实验结果表明：本文设计的高速实时信号处理系统性能良好,能够很好地实时处理高速率的SAR回波数据。同时该系统易于实现,具有较强的实用性。