高速PCB的仿真与EMC设计方法探讨（Ⅱ）

四、高速PCB的信号与电源完整性仿真与EMI控制 PCB板上存在有两个主要辐射源。第一是来自顶层和底层的传输线，假设这些线相对应的参考平面是理想的，那么它们的差模辐射是可以根据导线电流计算得到的。对于顶层和底层的传输线，尤其是时钟，应避免1/4波长的走线；第二个源就是边缘辐射。电磁场从激发区域经过电源地平面间传播到边缘，在那里产生了EMI。平面上存在的任何过孔、不连续阻抗等，都将转变为电源与地噪声和边缘辐射，因此边缘辐射直接和电源/地噪声和电源完整性相关。一块在设计中SI与PI处理得较成功的PCB很自然的具有较低的电源/地噪声和较低的边缘辐射。     

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CPS协同的微系统电源信号完整性设计

裸芯片die、硅通孔TSV(Through Silicon Via)硅转接板、高温共烧陶瓷HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics)管壳等多材质多基板立体堆叠和高密度集成的微系统封装,因空间极度有限、跨尺度立体转换的失配、电磁效应的耦合,低电压大电流电源的电源分布网络PDN(Power Distribution Network)和GHz高速信号的通道设计成为难题。贴合微系统封装尺度越来越接近芯片尺度的特点,以及微系统模块的系统应用需求,研究了基于芯片、封装、系统CPS(Chip-Package-System)协同设计仿真的方法。针对核心电源PDN的设计,采用芯片功耗模型CPM(Chip Power Model),结合TSV硅基板、HTCC管壳、PCB三级去耦电容网络的布放和协同优化,有效降低了电源纹波,保证了电源完整性。针对高速信号通道设计,基于电磁场和电路结合的仿真,将芯片电特性配置与封装互连的拓扑匹配协同优化,封装与板级应用协同优化,保证了信号完整性,且不对封装版图和工艺提出严苛要求。     

多层高速PCB通孔分析与设计

PCB信号速率和层数的增加使信号完整性分析变得更加重要,改善信号层间通孔性能和最优走线路径是解决多层PCB信号完整性问题的关键所在。首先建立包含多信号层通孔的理论模型,推导计算出通孔的散射参数。然后,分析通孔谐振频率和信号延时等,得出通过改变通孔焊盘、阻焊盘直径等参数改善通孔性能和最优走线路径的方法。最后,基于HFSS仿真软件建立通孔仿真模型,对通孔的谐振频率和信号延时等进行仿真,验证了理论分析方法的有效性。建立的通孔理论模型能够为高速数字电路中的通孔设计提供依据。     

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。     

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。     

Max＋PlusⅡ结合Matlab对数字系统进行联合设计与仿真

介绍一种Max PlusⅡ结合Matlab对数字系统进行联合设计与仿真的方法，这种方法通过Matlab来完成数字系统的原理方案仿真、模块设计和系统必要参数获取；通过比较Max Plus与Matlab的仿真结果差异来实现硬件模块的功能验证、模块之间时序关系的调整和系统功能的直观验证；最后以高速数字解调器载波恢复部分的设计为例讨论了该方法的具体应用。     

OmniSys：供微波系统设计师使用的仿真器

在过去的十年中,计算机辅助工程(CAE)技术已经被认为是微波产品研制开发的基本工具,已经开发出了大量的CAE工具供作为微波系统或分系统基本构成模块的复杂微波元件设计之用。为了适应微波系统不断增长的技术要求,工程师们必须及时、高效地进行系统设计,而进行微波系统设计时的中心问题则是硬件性能估计与综合分析。但是,在整个系统的研制周期中,大多数的微波系统工程师们都还没有合适的CAE工具来指导他们的分析与设计。在当前的CAE革命中,微波系统设计者至今一直被抛在后面。     

统一S波段卫星测控系统的仿真实现

通过分析统一S波段(USB)卫星测控系统工作原理,设计了USB测控系统的仿真结构,对USB测控系统的接收与发射进行了仿真实现,并对仿真信号、采样率、组合干扰、锁相环、滤波器等几个关键问题进行了分析.该仿真设计为卫星测控系统的研制提供了仿真论证基础.     

基于数值分析方法的SAS线端高速连接器设计

SAS高速连接器具有传输速度快、抗干扰能力强等优点。高速信号通过连接器进行传输时,由于信号的反射与串扰影响到信号的完整性,保证信号传输的完整性成为SAS高速连接器的关键。论文通过对高速信号在连接器中传输的理论研究,利用数值分析的方法确定分析设计方案,并对实物进行测试,验证了所设计的SAS高速连接器的正确性、优越性,为解决高速连接器设计提供了依据。     

箭载电子设备的电磁兼容（EMC）设计探讨

介绍了运载火箭的电磁兼容（EMC）环境（电磁干扰源及传播途径）,并根据构成电磁兼容问题的三个要素对箭载电子设备的EMC设计进行了探讨．以某箭载电子设备的EMC设计进行了分析．指出箭载电子设备必须要根据实际情况采取合适的EMC设计方法及相应的EMC测量和试验工作,切实做到在加强设备抗电磁干扰性能的同时保证其高可靠性能;最后对电子设计自动化（EDA）仿真软件在整机电磁兼容设计上的应用进行了探讨。     

一种基于单机EMC试验结果的航天器系统级电磁兼容性分析方法

为提前识别单机电磁兼容性（EMC）试验超标情况对于航天器系统级电磁兼容性的影响,提出一种基于单机试验结果的航天器系统级电磁兼容性分析方法,即在单机EMC试验结果基础上,考虑安装位置影响,与系统级传导、辐射的敏感度限值和接收机灵敏度进行比较,获得安全裕量。对直立姿态两舱结构航天器的典型设备（包含非射频类产品、射频类产品和供配电产品）进行仿真计算,分析单机EMC试验超标结果对于整个航天器以及运载火箭电磁兼容性的影响。与实际测试数据的比较结果表明,所提出的分析方法能够实现利用单机EMC试验结果对航天器系统级电磁兼容性进行有效预测。     

屏蔽度仿真在航天器电磁兼容性分析中的应用

提出了一种采用s参数法结合CST-MS软件进行航天器屏蔽度仿真分析和预测的方法。在航天器舱体结构内的发射天线和舱体结构外的接收天线处分别设置端口,通过计算端口间的s参数来分析计算舱体结构的屏蔽度,并将仿真分析结果与实测结果进行对比。对比结果表明,仿真计算结果与实测验证结果基本上是一致的,充分验证了采用s参数法结合CST-MS软件对屏蔽度仿真分析,具有很好的实用性和计算精度。这种方法应用于航天器设备级和系统级,能够显著降低航天器电磁兼容性(EMC)分析的难度,并能在一定程度上简化航天器前期设计中EMC试验验证的需求。     

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。     

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。     

一种面向大型分布式虚拟仿真试验管控系统

针对航天系统大型仿真试验的特殊需求，提供了一套面向大型分布式虚拟仿真试验的试验设计与调度管控系统，支持虚实数据结合设计试验样本输入，可采用多种试验设计方法完成仿真前的分析；构建了一套具备航天系统大型仿真试验设计特点的试验设计与仿真调度方法，以支持试验资源与仿真资源的统一管理和有效调度，以保证仿真过程的实时性要求并提高资源利用率，同时，该系统采用多种试验结果评估方法对试验运行结果进行评估，辅助用户做出合理决策。     

一种基于差拍等效采样的高速信号采集前端的分析与设计

分析差拍等效采样的基本理论,设计并仿真验证一套实用的差拍采样系统。详细介绍如何根据输入信号的频率、幅度以及采集系统中对精度的要求,通过Simulink和Multisim的辅助,设计出合适的差拍采样系统。特别针对采样保持电路输出端的平滑滤波器的指标要求做了必要的分析。给出基于差拍等效采样的高速信号采集前端系统的详细设计方法与实现流程,并对整套采集前端进行了仿真分析。仿真结果表明,设计的采集前端符合高速信号采集的要求,可以应用于便携式数字示波器中。     

Xilinx ISE结合MATLAB对数字系统进行联合设计与仿真方法

文章介绍一种Xilinx ISE结合MATLAB对数字系统进行联合设计与仿真的方法,这种方法通过MATLAB来完成数字系统的原理方案仿真、分模块设计仿真和系统参数获取;在Xilinx ISE FPGA设计软件中编写VHDL语言程序来实现具体设计;在ModelSim波形仿真软件中进行波形仿真;通过比较Xilinx ISE与MATLAB的仿真结果差异来实现硬件模块的功能验证、模块内参数的调整和系统功能的直观验证;最后以某一设计实例介绍了该方法的具体应用。     

并行设计过程建模方法研究及其在导弹设计中的应用

设计过程建模及优化对于缩短产品开发周期和提高企业竞争力具有重大意义。根据所提出的自适应并行设计基本理论结构，采用面向对象(O-9:Object-Oriented）的设计方法，以及设计结构矩阵（DSM）为工具。综合提出了自适应并行设计过程建模方法，并以某地空导弹仪器舱结构设计为例，分析了其设计过程模型。最后对其时间效应进行了初步分析，指出了其优越性。     

星载计算机的热效应预测分析及结构设计

星上计算机对航天器控制性能与运行寿命有着极其重要作用,而温度又对计算机的性能有重要影响。利用SolidEdge及FloTHERM软件对星上计算机进行了热分析与设计,推导出SolidEdge及FloTHERM模型简化规则,用于解决仿真的精度与效率问题。基于PCB发热机理分析,给出空间环境试验条件要求的边界条件;依据线路板组件功耗及机箱所处的温度环境,建立各个线路板组件的FloTHERM热分析模型;给出了整机及各个PCB板的温度分布以及关键发热元器件的温度等热损耗分析结果。所做工作可为星上计算机布局设计及在轨故障预测提供参考准则。