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。     

高速CCD成像电路抗串扰技术

为了解决高速CCD成像电路串扰问题,分析了产生串扰的原因,建立了CCD成像电路的串扰模型,提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离,设计并采取有效的去耦电容布线方法,降低了寄生电感,避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面,对模拟电路和数字电路进行分区布局,避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验,结果表明:采取上述抗串扰技术后,通道隔离度大于60 dB,有效降低了串扰,提高了图像质量。     

高速CCD成像电路抗串扰技术

为了解决高速CCD成像电路串扰问题,分析了产生串扰的原因,建立了CCD成像电路的串扰模型,提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离,设计并采取有效的去耦电容布线方法,降低了寄生电感,避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面,对模拟电路和数字电路进行分区布局,避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验,结果表明：采取上述抗串扰技术后,通道隔离度大于60 dB,有效降低了串扰,提高了图像质量。     

基于少模光纤的模分复用系统多输入多输出均衡与解调

针对光纤模分复用传输系统中模式耦合串扰问题, 设计并制备了一种新型少模光纤, 其较高的模式差分群延时保证各模式信道独立传输.在此基础上, 提出一种级联多输入多输出(MIMO)延时均衡算法, 进一步减少源于模式复用器和解复用器的模式串扰, 提高基于少模光纤的模分复用传输系统的传输距离和传输容量.与传统MIMO均衡算法相比, 级联MIMO延时均衡算法在没有显著增加计算复杂度的条件下, 能够应用于模式差分群延时很大的模分复用传输系统.对单信道传输速率为 40 Gbps的四相相移键控两模复用传输系统进行仿真, 经40 km少模光纤传输后, 采用级联MIMO均衡算法较普通MIMO均衡算法有1.7 dB的质量因子的提升. 仿真结果证明, 使用少模光纤和级联MIMO延时均衡算法能够有效地消除模分复用信号间的串扰, 有望在下一代大容量光纤传输系统中获得 推广应用. 关键词： 模分复用 少模光纤 模式差分群延时 多输入多输出均衡     

一种具有低串扰低非线性的双沟槽环绕型十三芯五模光纤

信息化对高速大容量光纤网络的需求日益强烈,空分/模分复用是继波分复用之后可使通信容量翻倍的新一代光纤通信技术.本文提出了一种双沟槽环绕型十三芯五模光纤,以满足未来对高速大容量信息传输的需求.针对空分-模分复用中降低串扰的目标设计优化光纤,采用双沟槽环绕结构,将光能量更好地限制在纤芯内,从而减小芯间和模间串扰.利用全矢量有限元法与功率耦合理论相结合计算并分析多芯光纤的串扰和传输特性.经过优化结构参数,可使光纤在1.3—1.7μm波段内稳定传输LP01, LP11, LP21, LP02,和LP31 5个模式;信号在1.55μm波长处传输60 km时,对应于以上5个模式相邻纤芯的芯间串扰分别为–122.37,–114.76,–106.28,–100.68,–92.81 d B,相邻模式之间的有效折射率差大于1.026×10–3,芯间和模间串扰可以被有效抑制; 5个模式对应的非线性系数分别为0.74, 0.82, 0.88, 1.26, 0.93 W–1·km–1,均可保持低非线性传输.该光纤结构简单紧凑,可利用气相沉积法和堆叠法制备预制棒,进一步拉制成具有低串扰低非线性的十三芯五模光纤,可应用于长距离高速大容量光纤传输系统.     

全光网中的同频串扰

本文分析了全光网中光分插复用节点和光交叉连接节点的同频串扰问题.同频串扰分为相干串扰和非相干串扰,他们对网络性能的影响不同.我们对节点的同频串扰进行了详细的分析和理论推导,并得到了其光功率代价和同频串扰之间的数学关系.     

光致变色双波长光存储读出信号串扰建模与消减

在材料反射率及记录信息空间分布任意的情况下，分析了双波长读出信号及其串扰，建立了理论模型.提出读出信号减去另一波长读出信号与特定系数乘积以消除线性串扰的方法，该系数仅与另一波长对应材料的摩尔消光系数有关，与材料反射率分布、记录信息等无关，也与原波长激光对应材料无关.以两种二芳基乙烯为记录介质作多波长光存储串扰消减实验，实验结果与理论相符. 关键词： 多波长 光致变色 光存储 串扰     

多视点自由立体显示串扰分析与视区仿真

对多视点自由立体显示的串扰成因进行了分析,推导出了无串扰观看点与光栅参数之间的关系;然后分别对垂直于显示器方向和平行于显示器方向的串扰进行了分析与计算,得到了屏前三维空间的串扰分布情况.仿真结果表明,沿显示屏幕垂直方向的视区范围大于水平方向的视区范围,而且在水平平行于屏幕的方向上,每一个视点存在多个理论无串扰观测点,但在垂直于屏幕方向上,每个视点只存在一个理论无串扰观测点.最后通过对屏前三维区域视点光强进行仿真,进一步验证了串扰计算的准确性,为自由立体显示系统的最佳设计与具体实现奠定了仿真基础.     

光交换芯片中串扰的相干特性研究

以马赫-曾德尔干涉仪光开关单元组成的4×4 Benes光交换芯片为例，研究了光交换芯片中的相干问题。理论推导了光交换芯片输出端口与输入端口之间光场的变换关系，揭示了信号和串扰的产生规律，分析了光开关状态对串扰相干强度的影响。仿真研究表明：相干串扰对信号插损的影响可以忽略；在不同光开关组合状态下，光交换芯片的串扰波动可达7 dB。根据相干光束之间的相位关系，提出一种等效去除光交换芯片中串扰相干性的方法。另外，对串扰大小对通信误码率的影响进行了实验评估。     

光致变色多阶光存储中的光学串扰分析

利用光致变色材料的灰度分阶特性可以实现多阶光存储。以傅里叶光学和光致变色记录符的可叠加性为基础,采用霍普金斯标量衍射理论的经典归-化坐标,对光致变色多阶光存储中的光学串扰进行了理论建模和数值分析。作为后续电通道补偿设计的前提。数值计算结果表明：相邻记录符与盘基信号的交叉串扰项是光学串扰的主要成分,且随着中心距的增加,相邻记录符引起的串扰迅速降低;当无寻道误差时,邻道记录符引起的串扰可以忽略;高阶记录符引起串扰要明显高于低阶的串扰。且影响多阶存储的可分阶性;实验结果很好地验证了所建立的模型的合理性。     

紫外探针光信号与加速器负载电流脉冲的精密同步技术

 作为探针光源的Nd∶YAG激光器在其外触发控制线路固有延迟减小至100 ns后，从脉冲加速器形成线的主开关处选取Q开关的触发输入信号，利用示波器将激光器Q开关触发信号、加速器主开关触发信号、激光信号以及负载电流信号进行时间关联，测量结果作为调节系统延迟时间的依据，实现了探针光脉冲与加速器负载电流脉冲之间的精密同步，同步精度达到9.6 ns。     

基于多导体传输线理论的差模激励新型线束串扰模型研究

传统的线束串扰模型只是在系统内共模激励的基础上建立的, 没有考虑系统间差模激励下线束串扰的情况. 针对差模激励下系统独立回路间线束串扰的物理问题, 提出了一种基于多导体传输线理论的差模激励新型线束串扰的计算方法.该方法根据差模激励下线间的耦合机理, 利用传输线传播横向电磁模式得到新型三导体传输线寄生参数电路及数学矩阵模型, 通过镜像法以及诺埃曼公式推导出寄生参数的计算公式, 并在频域内得到新型线束串扰的链参数矩阵方程, 根据新型差模串扰模型始端、终端边界条件最终得到串扰电压的频域解.以差模激励下平行双线回路对其他回路受扰线的串扰为例, 通过仿真受扰线不同布置情况下的串扰电压, 得到了差模激励源的线束间串扰的物理规律, 即受扰线位于差模回路之间时所受的串扰要远大于位于回路外时所受的串扰, 并验证所提出的模型及方法可以计算不同频率差模激励引起的干扰. 利用解析的方法解决了线束串扰中差模激励下的导线串扰问题, 为实际中如大量导线的捆扎以及导线干扰的预测等电磁兼容问题提供了理论依据, 具有指导意义, 完善了多导体传输线理论在线束串扰中的应用.     

激光打靶装置中的集散式数字同步系统的研究

介绍了一种集散式数字同步系统,它能够实现对数字同步机的本地控制、远地控制和集中控制.它由多个本地控制单元和一个远地控制单元组成,通过RS-422总线实现相互之间的通信.其中数字同步机是将模拟延时电路和数字延时电路有机的结合在一起用于输出时间基准信号和触发同步信号的实验装置.     

参数不确定时延超混沌系统的脉冲同步方法研究

针对一类参数不确定的异构时延超混沌系统,采用响应系统与驱动系统状态变量误差的线性反馈作为脉冲控制信号,基于Lyapunov稳定性理论实现了超混沌系统的脉冲同步,给出了渐近稳定条件,并构造了一个具有时延的数字保密通信系统.该方案保密性高,鲁棒性强.数值仿真表明系统能快速达到同步,应用混沌密码序列对数字信号进行加密后,信息信号可以在接收端有效地恢复出来. 关键词： 时延 脉冲同步 数字保密通信     

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在J-TEXT 装置上设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字式峰值检测电路,该电路先对负载电流进行模数(AD)转换,再经有限冲激响应(FIR)滤波器进行数字滤波,然后用峰值算法获取电流峰值,最后经数模转换器(DA)输出电流峰值。在此基础上,完成了扰动场交流电源负载电流峰值反馈系统的设计,实验结果表明系统动态性能好、检测精度高,能很好满足交流电源负载电流反馈控制的需要。     

J-TEXT 扰动场交流电源峰值反馈系统设计

在J-TEXT 装置上设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字式峰值检测电路,该电路先对负载电流进行模数(AD)转换,再经有限冲激响应(FIR)滤波器进行数字滤波,然后用峰值算法获取电流峰值,最后经数模转换器(DA)输出电流峰值。在此基础上,完成了扰动场交流电源负载电流峰值反馈系统的设计,实验结果表明系统动态性能好、检测精度高,能很好满足交流电源负载电流反馈控制的需要。     

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。     

基于衰减振荡信号特征参数和伪阻抗的电路参数计算方法

本文研究了基于暂态信号中衰减振荡信号的电路参数计算理论和方法.在电力系统线路发生故障时,通过计算暂态信号流通路径电路参数可确定故障位置、推断故障原因,而衰减振荡信号作为暂态信号主要成分,因此分析基于衰减振荡信号的电路参数计算在电力系统故障定位中有重要理论价值和实际工程意义.结合R-L电路和R-C电路,首先推导了时域衰减振荡电压、电流信号特征参数与各元件参数以及电路参数间定量关系;并分析了电路在衰减振荡信号下阻抗特性,结合稳态正弦分量阻抗概念,将电路流经衰减振荡信号时的阻抗特性定义为伪阻抗,并确定了伪阻抗与电路参数和信号特征参数间的关系;同时分析了串并联条件下伪阻抗与元件参数关系.以此为基础分别提出了基于信号特征参数和基于伪阻抗的电路参数计算理论,结合现有衰减振荡信号特征提取方法,提出具体计算方法,为基于衰减振荡信号的电路参数计算理论发展以及实际工程应用奠定了重要基础.通过MATLAB模拟产生故障信号对所提理论和方法进行验证,结果证明了所提理论和方法的正确性和准确性,并以实际电网故障信息为基础,基于PSCAD/EMTDC建立实际配网模型并对实际单相接地故障进行重现,对配网单相接地故障进行定位分析,结果证明了方法的可行性.     

超声波电源中数字鉴相器设计

超声波电源系统中电压电流相位差测量精度影响着换能器振幅稳定性以及系统工作效率。目前基于异或门原理,采用分立数字芯片实现鉴相的方案,存在信号调理电路复杂、线性范围小、精度低等问题。为提高电压电流鉴相精度,该文提出了一种数字鉴相器设计。该数字鉴相器采用正交解调原理鉴相,并使用坐标旋转数字算法在FPGA上实现了鉴相器的设计,简化了电路,减少了杂散信号的干扰。经过Modelsim仿真测试表明在30 dB信噪比条件下鉴相误差为0.21°,最后经过实验测试,数字鉴相器鉴相最大误差绝对值为0.256°,提高了测量精度。