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。     

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。     

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。     

最新EMI噪声滤波器实用技术

若要谈及数字电路、微处理器的速度,在很早以前就是数兆赫数量级,到目前自然远大于10MHz,但是还在不断地发展。因此,这个时代电路技术的要点就是EMI噪声对策问题。本文中将介绍目前EMI噪声规定的情况和噪声对策的最新技术及方法。     

单板PCB抗干扰设计（Ⅰ）

本文分析了单板PCB上布线产生传输线延迟和串音干扰机理，重点介绍单板PCB设计要素，并给出相关的设计案例及测试结果。     

电力线数字载波通信系统在小水电中的应用

论文采用新型数字载波通信设备设计了一套小水电载波通信方案。方案利用电力线作为数据传输通道，通过载波方式使信息能够在有强噪声干扰的中低压配电线上实现稳定可靠的数据传输，最终实现了四个小水电自动化三遥信号的准确、实时传输。     

一种针对分离模块航天器系统的分层优化方法

针对分离模块航天器系统优化中存在计算量大、算法复杂度高的问题,提出了一种基于分层的分离模块航天器系统优化方法。该方法将系统优化问题分解为三个层次进行,顶层规划模块数和轨道高度,中间层优化组件配置,底层优化运载发射方案。其中顶层嵌套调用中间层,中间层嵌套调用底层,底层直接计算求解最优运载发射方案,避免了直接基于分离模块航天器全寿命周期仿真来优化运载发射方案。应用该方法对虚拟对地遥感分离模块航天器进行优化,结果表明,优化过程简单,计算量小,算法复杂度低,优化效果显著。     

实践四号遥测仪的可靠性设计

在空间环境中工作的遥测仪，其可靠性是一个很重要的问题。为使其可靠地工作，对硬件、软件均应采取相应措施。硬件上的措施包括噪声隔离、电源输入端加电容、采用分散独立的功能块供电、地线分开和增加ＣＰＵ的自动复位的“看门狗”电路等。对软件也采取若干措施。为了防范空间辐射对仪器的损害，还应考虑防辐射措施等。结果表明，遥测仪在空间环境中从未出过故障。     

基于多结构元素的遥感图像去噪及边缘检测方法

边缘检测是遥感图像处理的一个重要方面。利用数学形态学原理，提出了一种基于多结构元素的遥感图像边缘检测方法。首先采用基于视觉模型的边缘阈值得到灰度突变像素点，然后利用几种具有代表性的结构元素对这些像素点进行形态学腐蚀操作以区分真实像点和噪声点，将噪声点去除并通过伪中值滤波填补像素值，最后得到图像边缘。实验结果表明，该算法能够在保持图像边缘细节的前提下，很好地滤除图像中的孤立噪声点，在检测精度和抗噪声性能方面都优于传统的形态学算法。     

电源噪声与微波振荡器输出杂波的关系研究

在卫星射频系统中，微波振荡器用于产生本地的振荡信号，它需要稳定的直流电源来供电。而在卫星系统中的直流电源往往携带有低频噪声，这些低频噪声通过振荡器的非线性效应被调制到本振频率附近，形成输出杂波。为了研究这些低频噪声对振荡器的影响程度，文章通过实验得到多组电源传导噪声与微波振荡器输出杂波的数据，对所测得的数据进行了分析，寻找到电源端口传导噪声与振荡器输出杂波的对应关系，并通过实验进行验证，得到了符合实验结果的关系式。     

用激光焊接法提高焊接结构质量

把物质因受激而辐射的光能聚焦到10~4W/cm~2以上可作为焊接热源。激光焊接由于它的能量密度高,在大气中能远距离传输到工件上以及焊接时无X射线辐射,因此与电子束焊接相比较,有独特的优点。激光焊接的焊缝深-宽比可达到6:1。     

基于圆极化漏波阵的罗特曼透镜多波束天线设计

文章提出了一种具有无源波束扫描能力的平面圆极化多波束天线。该天线由基于基片集成波导(substrate integrated waveguide, SIW)的漏波天线阵列和罗特曼透镜馈源网络组成。其中漏波天线作为天线辐射体，通过在SIW传输线上加载90°顺序旋转的非谐振辐射缝隙，实现了圆极化的辐射特性。为了实现低成本的波束扫描能力，使用罗特曼透镜作为天线的馈电网络。该天线设计采用双层结构，通用将漏波天线阵列置于罗特曼透镜上层，实现了天线的小型化。经仿真验证，该天线可在9.5GHz~10.5GHz的工作频带范围内，实现良好的阻抗匹配及±44°的圆极化波束扫描能力，并且每个波束均可在3dB波束宽度内实现小于3dB的轴比。     

第十讲 相干解调

一、前言无线遥测系统的根本任务是将被测数据经过采集、编码、调制,通过无线电波传送到远距离的接收端,在接收端经过解调、分路、处理向用户提供各种测量数据。在传输过程中不可避免地要受到外部和内部的噪声干扰。特别是在空间遥测的应用中,由于传输距离很远,在接收端接收到的信号非常微弱,有时甚至完全淹没在噪声中,因此,如何在噪声干扰的条件下有效地提取遥测信号,就是遥测接收端的首要任务。要从噪声中提取信号,就需要尽可能多地利用遥测信号的特征。由于信号特征的变化是有规律的、可以估计的,而噪声干扰     

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。     

基于电磁带隙结构的CCD相机成像电路降噪

文章研究了几种不同形式的电磁带隙(electromagnetic band-gap,EBG)结构,并分析了平面EBG结构的等效电路,提出一种适用于高速模数混合电路的平面EBG结构,可有效抑制电路中的同步开关噪声。使用ANSYS HFSS仿真软件对该EBG结构的频域特性进行了分析,结果显示:当抑制深度为–30d B时,阻带范围为0.7~2.3GHz和3.0~10GHz。相对于传统EBG结构,其阻带带宽由7GHz增加到8.6GHz。文章根据一款实用的CCD相机成像电路的PCB尺寸、噪声干扰源和敏感端的位置布局等信息,对其进行仿真分析,发现在使用改型EBG结构时,电路中的同步开关噪声得到一定抑制,为EBG结构在CCD相机成像电路中的应用提供了参考。     

噪声引起的数字电路故障模式

本研究的目的是通过实验获得基本数据,用于设计由数字电路组成的正/误系统。为了实现更一般化的高可靠数字电路,需要研究与电源噪声有关的集成电路的故障模式的差异。当直流电流的初级有噪声时,把寄存器的输出加到数/模变换器的输入,在示波器上作者证实了寄存器的故障模式。     

“实践九号”A卫星光学遥感图像杂散光噪声去除

杂散光是影响卫星光学遥感图像像质的重要因素,严重时会在图像上形成明暗的杂散光条纹噪声,降低图像的对比度和清晰度。文章针对“实践九号”A（SJ-9A）卫星光学遥感图像存在的杂散光噪声现象,设计了一种基于成像载荷焦面入射杂散光空间分布特征的遥感图像杂散光条纹噪声去除方法,通过测量杂散光在推扫遥感图像上的空间分布特征,建立杂散光分布特征模型,采用分块自适应算法进行杂散光噪声滤波,消除SJ-9A遥感图像上随时空变化的杂散光条纹噪声。杂散光噪声去除后图像整体色调均匀,无条带噪声,满足CCD/TDI-CCD推扫遥感图像辐射校正精度（广义噪声）优于5%的指标要求。     

电磁干扰的产生及PCB设计中的抑制方案

电磁兼容性(EMC)常是制约设备间匹配性和正常性能实现的重要因素,因此电磁兼容性设计也是航天器设计中要考虑的关键因素。文章主要介绍了电磁干扰的产生原因,并从合理布局与布线、电容的设计、逻辑电路的使用等方面论述了如何在印制电路板(PCB)设计过程中减少电磁干扰。     

一种星载平面螺旋天线的小型化设计方法

探讨了某星载背腔式平面螺旋天线的小型化设计方法。通过螺旋线传输段进行蝶形加载;辐射段和截止段进行曲线锯齿加载;改善了螺旋天线的低频和高频特性,克服了传统阿基米德螺旋天线臂长、传输损耗大、效率低的缺点,增加了螺旋曲线的有效长度;通过合理设计天线的反射腔高度,提高了天线的增益。对背腔式平面螺旋天线各参数进行了综合优化设计,研制出了具有小型化、宽频带、高增益等特点的复合加载平面螺旋天线实物样机,并进行了测量,结果表明,所设计的天线在带宽为5∶1工作频带内具有良好的阻抗和圆极化辐射特性,与传统螺旋天线相比,天线的几何尺寸要远小于同频带的平面螺旋天线。