嵌入式应用系统中高速PCB设计技术的研究及实现

为了能够消除高速PCB技术中信号完整性的问题,需要在高速PCB设计过程中解决时序、噪声、电磁干扰等关键问题。通过对嵌入式RTU的高速PCB设计过程中出现的串扰、电磁干扰、振铃和电源完整性等信号问题的研究,提出削弱或消除以上噪声的方法。用Altium Designer、PADS软件绘制电路原理图和PCB,借助Hyper Lynx和ADS仿真软件进行前端和后端可靠性可靠性验证,根据仿真结果确定元器件和接插件的布局以及走线规则,最后通过对完成布线的PCB进行信号完整性验证。设计的嵌入式RTU电路板通过电磁兼容测试,表明该方法能够有效抑制噪声,增强高速数字电路设计的稳定性,提高产品设计的成功率,对从事相关工作的人员有很重要的参考价值,在智能设备的升级替换和推进物联网的建设方面有重要的借鉴作用。     

一种飞行器电缆插接状态自动化检测方法

新一代飞行器的电气系统越来越复杂,依靠主观识别方法检测电缆插接状态,人工失误轻则烧毁星上设备,重则导致任务失败。提出一种飞行器电缆插接状态自动化检测方法,通过插接状态检测编码和信号变换设计,确保检测电路占用尽量少的电连接器资源和背板资源;通过信号走线优化设计,避免检测电路增加电缆分支数,降低电缆加工和敷设成本;通过电源走线优化设计,确保测试电路与星上电路隔离。本文方法无需飞行器加电即可自动检测电缆插错、漏插等问题,提高了飞行器综合测试的安全性和可靠性。     

基于1553B总线的运载火箭供电测控系统设计

新一代运载火箭采用低温动力技术,测量系统获取飞行过程遥测参数的同时,需要完成火箭发射前低温推进剂加注期间压力、温度等关键参数的可靠获取。相比传统火箭,对测量系统在供配电和地面测控的可靠性设计、连续工作时间、测试性、扩展性和箭地接口设计提出了较高要求,对此文中提出了一种基于1553B总线的供电测控系统,介绍了系统的硬件和软件组成、功能和测控信息流向,分析了系统设计的4项关键技术：单机设备智能化设计、箭地接口简化设计、总线通信协议和高可靠PXI冗余备份设计。设计的新型供电测控系统在新一代运载火箭各项大型地面试验中成功实现了工程应用,系统方案设计的正确性得到了充分验证,系统方案在其他项目中得到了推广。     

通信机箱内连接器电磁干扰建模与仿真

随着工作频率的提高,通信系统面临的电磁干扰问题日益严重。其中高速连接器信号走线上的高频电流是产生电磁辐射的主要干扰源。对含有复杂元器件的通信机箱进行电磁建模与仿真长期面临结构过于复杂、仿真与测试难以匹配等困难。提出基于机箱Q值测算融合的方法建立等效仿真模型,基于区域分解对干扰源和机箱进行协同仿真,并采用有源叠加实现随机信号叠加效应的仿真分析。提出的分析方法可准确模拟真实机箱的谐振及耗散特性,简化连接器多端口激励随机叠加效应的仿真计算,实现机箱泄漏场强的准确预估。     

基于时间Petri网的综合航电系统时序验证分析

综合航电系统是一种对可靠性、实时性要求非常高的嵌入式应用系统。为了解决针对复杂应用场景下综合航电系统的处理时间和工作时序预估较困难、且计算自动化程度不高等测试验证问题,提出了一种基于时间约束Petri网的综合航电系统时序验证和分析方法。给出了时间约束Petri网的形式化定义,分析了综合航电系统工作流程中各节点的时间属性,通过引入时序约束路径的概念,并提出了时序推理算法。通过在仿真算例中进行计算并对比实际运行数据,结果表明该方法在针对综合航电系统运行时序的验证分析方面具有有效性。     

长征六号运载火箭动力测发控系统仿真测试平台的设计

针对长征六号运载火箭动力测发控系统射前仿真测试需求,结合短周期快速发射及方舱操作的特点,设计了一种仿真测试平台;该测试平台使用电气信号模拟动力配气台阀门、压力传感器及箭体连接器硬件接口信号,形成硬件接口层;采用软件模拟配气台工作原理,仿真箭体连接器通断,并模拟基地加注间通讯系统与动力测发控系统进行信息交互,形成软件模型层;硬件接口层与软件模型层之间通过RS422总线和PC104总线连接,实现仿真测试平台的模块化和组合化设计;该仿真测试平台为长征六号运载火箭动力测发控系统提供了闭环测试环境;实际情况表明,该仿真测试平台可覆盖动力测发控系统的全部工作状态,满足短周期快速发射的测试需求,提高了动力测发控系统仿真测试的效率。     

基于FPGA的地检系统设计与实现

系统是为某型号新一代航天载荷可见光通道设计;主要功能是实现可见光通道的图像的实时采集与获取,完成可见光通道的地面调试与性能检测;文中针对测试需求提出了完整设计方案和软硬件实现方法;系统采用Xilinx新一代低功耗现场可编程门阵列(FPGA)作为控制核心,通过自顶向下的程序设计方法完成硬件时序驱动和逻辑控制;系统主要完成了机械接口设计,CMOS探测器的电路设计与时序驱动,光电压信号的放大、滤波与数模转换,图像数据与上位机的传输接口设计以及上位机软件设计;高速数据传输通过USB接口来实现;经测试验证,系统功能良好,能很好地满足实际工程需求。     

EAST装置电子回旋共振加热系统中央控制器设计

介绍了基于可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的电子回旋共振加热(ECRH)系统中央控制器的设计,阐 述了中央控制器对输入的总控触发信号、等离子体电流信号、ECRH 系统状态信号、高压输出状态信号、波输出 状态信号、各类停止信号以及各输出控制信号等的处理与控制逻辑。对 FPGA 程序做了时序仿真,仿真结果表明,该控制器能够实时响应总控触发信号、精确控制阴极与阳极高压电源的开关、处理各种异常情况,满足 ECRH 系统的控制需求,且具有极高的可靠性。     

基于PXIE的信号完整性测试系统设计

为了满足运载火箭遥测系统中信号完整性测试的需求,研制了一套基于PXIE的高速数据采集系统;该系统采用多机箱级联设计,最大采样通道数为48,单通道最高采样率达250 MS/s,数据实时存储速度高达750 MB/s;系统软件平台采用Labview开发,具有良好的人机交互性;通过试验验证,测试系统工作稳定,能较好的满足测试需求,同时该系统的设计方法为同类高速数据流盘的设计提供了一种思路。     

基于独热码有限状态机的斐索干涉解调相位补偿方法

针对相位调制型超弱光纤光栅水听器阵列解调过程中发生的相位翻转现象,提出了一种基于独热码编码的有限状态机相位补偿方法,用来在现场可编程逻辑门阵列中对翻转信号进行实时修正.将解调信号相位及其补偿条件设计在独热码编码的有限状态机中,通过状态机内部状态的即时转移,实现高时钟速率下光纤干涉系统解调信号的相位补偿.对多种相位补偿方式在功能仿真和实验测试中的功耗、占用资源及时序等进行对比分析,结果表明基于独热码状态机的相位补偿方法,不仅可以正确地解决相位翻转问题,保证信号的完整性,同时还可以增加信号解调动态范围,使系统的逻辑延迟降低6%,在水声光纤传感解调系统的高吞吐率和高时钟频率应用环境下具有一定优势.     

一种用于运载器控制系统测试需求分析的工程化模型

针对现有的运载器控制系统模型不便于进行运载器控制系统测试需求分析的问题,综合运载器控制系统理论模型和实际的运载器控制系统,提出了一种用于运载器控制系统测试需求分析的工程化模型;验证结果表明,通过工程化模型得出的测试需求和目前实际产品的同层次测试项目基本是一致,改进模型是可用的、有效的。     

激光打靶数字延时信号完整性的研究

针对高速数字电路设计中遇到的信号完整性问题,本文给出了激光打靶装置中高速数字电路延时分配原理.根据传输线理论,提出端接迹线最大匹配长度值限定法,结合PCB设计,可避免端接失配反射.由电学理论,建模串扰的产生及消除串扰的端接方式.通过对噪声电流I和瞬态负载电流IL复合干扰分析,采取了相应的抑制方法.打靶实验表明,对保证延时信号的完整性是有效的.     

集成智能化测试系统技术研究应用

运载火箭集成一体化测试发射控制是实现快速发射的重要条件,是未来运载火箭在技术上发展的主要方向。对于目前运载火箭测发周期较长、地面测试环节复杂、设备体形庞大、单体数量众多、结构上集成低等问题,本文研究了运载火箭集成一体化测发控系统在实现快速测发上的应用,从集成、移动操控与环境适应性方面提出了具体技术途径。高速数字总线和BIT箭地一体化综合测试、智能实时判读等技术应用,为实现快速发射创造条件,指出了今后运载火箭快速测试发射技术发展方向。     

基于公钥基础设施的Hadoop安全机制设计

为了满足运载火箭遥测系统集成验证的测试需求,同时提升测试设备的通用性,降低测试设备的研制成本,本文采用面向信号的设计思想,设计了一种简洁高效的遥测系统自动化测试平台。该测试平台基于PXI总线开发,通过采取多路复用开关与输入输出模块相结合的设计思路,可实现多参数的巡检测试及同时测试,使测试平台具有较好的通用性和灵活性,在硬件设备不做更改的前提下可适用于多型运载火箭的测试需求,同时研制成本大幅降低;通过接收解析箭上遥测数据,测试过程无需人工干预,实现了自动化测试与自动化判读。通过试验验证,该测试平台工作稳定,能较好的满足多型运载火箭遥测系统集成验证测试需求,同时该平台的设计方法为同类测试系统的设计提供了一种思路。     

适用于新型运载火箭的快速测试发射技术研究

运载火箭测试发射系统对数据处理能力、数据通信能力的要求越来越高,提高发射效率、缩短测试时间、优化测试流程是航天发射任务长期的需求。为了适应新型运载火箭快速测试发射的需求,提高我国地面测试发射系统整体水平,在借鉴和继承国内外成熟型号地面测试发控系统优秀设计思想的基础上,概要介绍了新型运载火箭测发控网络的特点,提出了一种适用于新型运载火箭地面测试发射系统框架和快速测试发射工艺流程, 给出了最少发射条件的建议,为新型运载火箭机动快速发射测试方法和测试流程的制定提供了参考依据。     

Microfocus X-ray printed circuit board inspection system

In order to solve the problem of digital radiography for printed circuit board (PCB) defect inspection, a new inspection system for PCB defect inspection with high resolution X-ray is proposed and implemented in this paper. The influence of the focus size of X-ray source on imaging formation is analyzed to get the best geometrical magnification. Moreover, the relationship between the resolution of intensifier and geometrical magnification is presented by analyzing the performance of MCP-X intensifier, which results in calculating the comprehensive resolution of this system. The experiment result indicates that the measurements on defect character is achieved by inspection software, and the defect analysis accuracy on ball grid array (BGA) solder joint of circuit board achieves minimum resolution of 0.03 mm. As a result, this system succeeds in implementing invisible solder joint defect inspection on BGA.     

高精度组合脉冲激光时序控制系统设计

在激光等离子体机理的研究中,为实现灵活的界面配置和多路脉冲激光器高精度的时序延时,设计了一种基于微控制器STM32和FPGA的多路时序延时控制系统。重点介绍了基于FPGA的多路ns级时序信号和基于ucGUI的触摸屏界面的设计。另外,采用高速光电隔离技术和高速FET开关电路技术,对驱动电路进行了设计,缩短了输出脉冲上升沿的时间,提高了系统延时精度、驱动能力和抗干扰性能。测试结果表明,该设计每路延时可调,调节范围为5 ns~10 ms,最小可调步进为5 ns,延时误差小于1 ns。     

基于VPX总线的高速数字电路测试系统研究及应用

为解决战略预警雷达、舰载一体化等重点型号雷达中高速数字电路模块的维护能力,设计了基于VPX总线的高速数字电路自动测试系统,通过自研基于VPX总线的多功能测试模块、光纤测试模块,以及通用VPX背板,再结合通用的仪器设备构建测试系统,可兼顾多个型号雷达高速数字电路模块的测试。该系统可提供10路光纤通道,波特率最高为3.2Gbps;16路GPIO信号,中断响应时间＜50us;14路Rocket IO信号,传输速率2.5Gbps;4路*4Rapid IO信号,传输速率3.125Gbps。研究及实测结果表明该系统可解决基于VPX总线的高速数字电路模块的测试。     

一种运载火箭高码率遥测系统设计方案

高码率是我国运载火箭遥测系统PCM-FM体制未来发展方向之一。为解决高码率数据传输过程中出现的无线作用距离下降和基带传输距离不足的问题,参考目前通信领域的技术发展前沿,提出了采用多符号检测(MSD)和Turbo乘积码(TPC)技术解决高码率遥测无线作用距离下降的方案,可在保持箭上发射机输出功率和地面接收天线直径不变的情况下额外获得约6dB的信道增益,确保测量数据通信正确可靠。同时采用了多级树形拓扑结构、新型基带通信协议和帧格式设计方法解决了高码率条件下基带数据传输距离不足的问题,并以某新型运载火箭为例,给出了高码率遥测系统的组成构架结构。     

不同频率高功率微波辐照下PCB电路的混合模拟

采用一个混合模拟方法研究计算了不同频率高功率微波(HPM)辐照下含有PIN限幅器的PCB电路上的耦合信号。该混合模拟方法基于瞬态电磁拓扑和器件/电路混合模拟技术,实现了场、路、器件的混合模拟,能够模拟计算出HPM辐照下屏蔽腔内PCB电路上的耦合信号。用该方法研究计算了频率分别为1,1.25和2.5 GHz的HPM在PCB电路上的耦合信号。计算结果表明:当PCB电路无屏蔽腔时,1 GHz HPM的耦合信号最大,而PCB电路有屏蔽腔时,2.5 GHz HPM的耦合信号最大;PIN限幅器在耦合信号较大时具有较好的抑制作用。