导航计算机SiP电路设计

导航计算机作为导航系统的核心设备之一,面临的小型化、轻量化需求日益迫切。作为一种高密度封装手段,系统级封装(System in Package, SiP)可以将多种功能压缩进更小的外形尺寸,在实际应用中具有较大的优势,代表着小型化的发展趋势。针对机载设备、智能装备等应用系统对导航计算机小型化、轻量化的需求,设计了一种基于先进封装技术的导航计算机SiP电路。通过集成电路研制典型路线与SiP产品研制工艺相结合的技术路线,采用全国产化的电路,较好地解决了工艺兼容、信号混合、芯片体积、开发成本等问题,体积仅为36mm×36mm×6.5mm,整体模块质量约20g。在导航计算机体积、质量和性能要求较高的领域,采用通用导航计算机SiP电路替代传统板级电路,可以提高产品性能的同时减小体积和质量。     

基于SiP的低成本微小型GNC系统技术

随着微机电系统(MEMS)技术及微惯性器件的发展,大量小型化、低成本、高性能的导航、制导与控制(GNC)产品正越来越多地应用于小型无人飞行器、地面无人系统以及精确制导弹药等领域.针对各类应用需求,基于MEMS惯性测量单元(IMU)、GNSS接收模块、全捷联红外/可见光/激光多模智能导引头、信息处理器(DSP)与数据链通信模块,采用SiP技术研制出GNC芯片.基于GNC芯片构建一体化微小型GNC系统,突破了基于SiP一体化微小型GNC系统集成、全捷联红外/可见光/激光多模智能感知、嵌入式深组合导航、全捷联多模智能导引头/导航/制导与控制一体化设计等关键技术,并对其性能进行了评估.微小型GNC系统技术为低成本小型无人系统和精确制导弹药的发展夯实技术基础.     

基于玻璃-硅复合基板的微系统圆片级三维封装

随着微系统追求更小的尺寸、更高的集成度,圆片级三维封装技术已成为未来微系统封装的发展趋势。基于玻璃回流工艺,提出了一种新型圆片级三维封装技术。设计了用于实现单模光纤阵列与玻璃基板上平面光波导之间耦合封装的U型槽阵列,采用高导硅作为垂直电引出,制备了玻璃-硅复合基板,并用玻璃帽实现了封装。玻璃-硅复合基板技术在三维微系统和光电子封装领域中具有重要的应用前景。     

惯性微系统封装集成技术研究进展

随着微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)的器件圆片级封装技术、垂直互连转接板技术、新键合工艺技术等技术研究的出现,惯性微系统正在朝着三维封装集成架构发展,以满足微电子技术更高集成度、更小体积、更低功耗、更低成本的发展需求。介绍了MEMS惯性器件和MEMS惯性微系统三维集成技术,硅通孔(Through Silicon Via,TSV)三维互连技术和倒装芯片技术为惯性MEMS微系统三维集成一体化提供了设计空间,有效地降低了惯性MEMS三维集成模块的体积、质量,提高了集成度,符合未来惯性MEMS三维集成多功能融合趋势的需求。     

高加速度载荷下三维堆叠封装冲击可靠性分析

随着微电子封装技术不断向高性能、高密度方向发展,系统级封装(System in Package, SiP)等先进封装技术也被应用于弹载微系统中。在高加速度冲击载荷作用下,互连层的失效成为影响微系统可靠性的重要因素。针对冲击方向对封装器件可靠性影响的问题,借助有限元软件LS-DYNA分析了三种冲击姿态下互连层的失效机理,并提出了相应的底填优化方案,能够较好地降低危险位置的受载水平。仿真结果表明：封装结构以垂直于冲击载荷方向布置时,互连层的冲击可靠性最高,基于边角冲击的底填优化方案能够显著提升互连层抗冲击性能,边沿填充方式使得互连层的等效塑性应变降低了90%以上。     

W波段三维异构集成有源电扫描阵列设计技术

针对高数据率无线通信以及高分辨率成像雷达对毫米波微系统提出小尺寸、高集成度和二维宽角电扫描的需求,传统设计方法和工艺技术难以胜任。探索了可扩展晶圆级相控阵设计方法和工艺技术,解决了W波段低剖面、二维宽角有源电扫描阵列(Active Electronically Scanned Array, AESA)雷达的集成难题。采用三层硅通孔(Through Silicon Via, TSV)转接板堆叠将16颗4通道锗硅(SiGe)芯片与贴片天线单元进行三维异构集成,实现了W波段8×8单元二维有源电扫描阵列晶圆封装。封装尺寸为18mm×19mm×0.93mm,接口形式采用球栅阵列(Ball Grid Array, BGA)。测试结果表明,波束在2GHz带宽内无栅瓣扫描范围可达±45°,实测结果与仿真结果相吻合。研究结果验证了TSV转接板三维异构集成技术是解决W波段二维有源电扫描阵列集成难题的有效技术途径,所采用的“电路-封装”协同设计仿真可作为类似毫米波微系统的设计参考。     

基于SiP技术的导航微系统电路设计与实现

针对目前导航系统的小型化需求,研制了一种基于SiP技术的导航微系统电路。该微系统电路能实现射频基带一体化,内部集成了低噪声信号放大器、GNSS射频基带芯片、数字选择器、过流锁定保护芯片以及无源器件。采用高导热率氧化铝陶瓷管壳实现了良好的散热,利用双腔结构有效减小了模块的尺寸(仅为26mm×26mm),其面积缩小至原先板卡的26%。对模块进行仿真,其满足设计要求。测试结果表明,该电路能够实现GPS和BD的双模导航,定位精度达到10m,测速精度达到0.2m/s,实现了系统小型化的需求。     

基于MCM&SOC方案的微惯性器件系统集成技术综述

近年来,在航空航天、武器装备、高端工业等领域的制导、控制等应用需求的牵引下,微惯性器件的尺寸、质量与功耗(SWaP)指标不断提升,配套电路由PCB逐步升级为ASIC。综合工艺复杂度、成本、性能潜力等因素,基于MCM和SoC的MEMS结构与ASIC系统集成方案逐步成为目前的主流选择。介绍了主流微惯性器件MEMS结构与ASIC的MCMSoC系统集成技术现状,并对各集成方案特点进行了分析对比。此外,对微惯性器件MEMS与ASIC系统集成的关键技术进行了总结。最后,简要分析了国内外差距并展望了下一步发展趋势。     

预置金锡薄膜技术在功率微系统封装中的应用

作为未来装备供配电系统集成化、小型化的关键,功率微系统重点需要解决功率芯片的大电流、高散热组装封装难题。研究了预置金锡薄膜在功率微系统封装中的应用,首先在氮化铝高温共烧多层陶瓷(AlN-HTCC)基板表面预置金锡薄膜作为芯片高精度集成焊接区,接着采用真空共晶焊工艺将功率芯片焊接到基板表面实现高导热可靠散热,最后通过焊接金属盖帽实现气密封口。该封装技术具有导热好、可靠性高、贴片精度高、体积小、质量小的优点,在功率、光电、微波等微系统领域具有良好的应用前景。     

基于双目视觉和惯性器件的微小型无人机运动状态估计方法

针对微小型无人机(UAV)自主运动状态估计问题,提出了一种基于双目视觉和惯性器件的微小型无人机运动状态估计方法,运动状态估计系统由微惯性测量单元(MIMU)和2个摄像机组成.根据微惯性测量单元的输出更新无人机运动状态,同时由摄像机获得周围环境的图像序列,从序列图像中提取特征点,并对这些特征点进行匹配、跟踪,测量序列图像...     

小型无人机大气数据采集系统的设计与实现

大气数据采集是小型无人机自动飞行控制系统的关键技术之一。根据小型无人机的飞行任务需求,设计了基于大气数据采集的高度、空速检测系统。该系统以TMS320F2812为核心,采用高精度A/D转换器(12位)提高测量精度,对于提高无人机大气数据检测的动态性能具有较高的应用价值。     

微机电系统的国防应用及其制造技术发展述评(上)

微机电系统技术是国际上８０年代后期以来发展迅速的一项新兴高技术。现在和潜在的应用说明它将对国防武器装备产生重大影响。微机械制造技术和封装、组装、测试技术是微机电系统赖以发展的基础。目前，许多工业发达国家已将微机电系统及其制造技术列为本世纪末和２１世纪初国家重点支持和发展的关键技术。本文集中探讨对国防应用有重要意义的微机电系统及其制造技术。     

一种小型自主飞行无人机系统集成设计研究

小型自主飞行无人机系统又称为空中机器人,泛指各种能够在空中自由飞行的无人飞行器系统,具有广泛的应用前景.论述了一种5kg小型自主飞行无人机系统的飞行平台的设计与实现、系统选择与集成、图像处理的方法、电磁兼容问题及解决措施等,最终成功地实现了自主飞行,并在"枭龙杯"中国空中机器人大赛上获奖.设计方法在无人机系统试飞和比赛中都得到了验证,证明是有效的.     

微小型飞行器惯性组合姿态确定与航路导航研究

构建了微小型飞行器(MAV)导航、制导与控制(GNC)系统。研究了微惯性导航测量单元零偏的温度建模及非正交误差的多位置标定补偿方法,提出微小型飞行器导航、制导与控制系统闭环条件下,利用导航、制导与控制回路的飞行状态特征信息的微惯性组合导航系统滤波算法,根据微小型飞行器飞行状态实时调整卡尔曼滤波器的观测噪声方差,有效提高了动态过程中姿态测量精度和微小型飞行器的飞行平稳度。完成了组合导航系统滤波算法验证飞行试验及自主姿态稳定和航路飞行试验。飞行试验表明:微小型飞行器实现了自主姿态稳定与长距离超视距航路点导航飞行,航路点导航误差小于30 m,惯性组合姿态确定与航路导航系统及算法满足微小型飞行器自主飞行对导航系统的需求。     

基于586-Engine的无人机飞控系统的设计与实现

以微控制模块586-Engine为核心,设计了用于某小型无人机的一种飞行控制系统,该系统具有小型化、高集成度等特点。详细介绍了该系统的体系结构和各模块的作用,给出了相应的飞行控制策略;还介绍了飞控软件的开发环境和相应的软件流程图。半物理仿真实验表明,该无人机的飞控系统功能完善,具有较高的控制精度。     

尖兵之翼—第三届中国无人机大会暨展览会征文启动

<正>1征文范围及内容(1)我国无人机行业的产业政策及管理方式探讨;(2)国内外无人机的发展现状和趋势;(3)国内外无人机研发中的新技术和新方法(无人机系统总体技术、平台总体综合设计技术、动力装置\技术、飞行控制与管理、导航技术测控与数据链技术、武器化技术等等);     

低成本多传感器组合导航系统在小型无人机自主飞行中的研究与应用

为了满足小型无人机自主控制系统对导航系统性能的要求,研究低成本的基于微机电系统的捷联惯性导航系统(MEMS-SINS)/全球定位系统(GPS)/磁强计组合导航系统。提出一种利用磁强计辅助MEMS-SINS的静基座初始姿态确定方法,采用四元数误差模型对MEMS-SINS/GPS/磁强计组合导航系统进行信息融合的建模,采用基于正交三角(QR)分解的平方根无色卡尔曼滤波(UKF)非线性估计方法对组合导航系统进行数据融合,克服由于计算机舍入误差引起的状态协方差阵的计算值失去非负定性甚至对称性,通过小型无人机的自主飞行试验,证实MEMS-SINS/GPS/磁强计组合导航算法满足小型无人机自主控制系统的要求。     

NASA无人机运行管理系统ICAROUS框架分析

NASA和FAA提出了无人机系统交通管理(UTM)概念,旨在将低空无人机运行纳入国家空域范围,实现无人机在城市、应急等运行场景下的大规模安全运行。作为UTM项目的一部分,NASA开发了无人机运行管理系统的“无人系统可靠运行集成可配置算法框架(ICAROUS)”,该框架集成了无人机低空安全运行所需的飞行决策、地理围栏、路径规划以及空中交通冲突探测与避让等关键功能,并提供了软件在环仿真和地面控制站接口。通过剖析ICAROUS源代码分析了NASA无人机运行管理框架的研究进展,从架构、算法实现以及关键参数等方面解读了该框架的若干核心功能。最后,为中国无人机运行管理技术的发展提出了建议。     

新型微光机电系统惯性测量技术研究进展

微惯性测量单元(MIMU)是惯性导航系统(INS)的核心组件，亦是构建微定位导航授时（μ-PNT）系统的重要组成部分。当前成熟的微惯性测量单元主要基于微机电系统（MEMS）实现，其性能逐渐难以满足新型无人驾驶车、无人飞行器以及制导弹药、航空航天器等军民用领域对高精确惯性导航的需求。近年来,各种新型微惯性测量技术相继被提出，以期望突破微惯性测量单元的性能与尺寸、质量、功耗（SWaP）之间相互制约的关键技术难题。系统总结了近年来国内外在常规MEMS惯性测量技术以及新型微光机电系统（MOEMS）惯性测量、微腔光力惯性测量、量子精密测量等几类新型惯性测量技术方面的研究进展，展望了未来新型高精度惯性测量技术的发展趋势，并提出了一种基于腔光力系统的量子增强型惯性测量技术构想。     

封装内系统技术在航电设备小型化中的应用初探

由单芯片封装器件构成的系统越来越不能满足航电设备用户求,而片上系统（SOC）设计目前尚不能真正实现系统集成。封装内系统技术能以较低成本投入换来尺寸的大幅减小、重量大幅减轻、封装效率提高、电气特性提升、功耗降低及可靠性提高等等优势,综合性能得到大大提升,是性价比很高的技术。