【摘要】：隨著電子技術地飛速發(fā)展以及越來越復雜的電磁環(huán)境,電子產(chǎn)品設計面臨產(chǎn)品多功能和小型化的需求。電子產(chǎn)品設計核心之一就是印制電路板,其面臨著外部設備級和系統(tǒng)級的電磁環(huán)境惡劣所引起的電磁干擾問題、電路板級互連線所引起的信號完整性問題,電源和地路徑的電流發(fā)生變化后所引起的電源完整性問題。本文針對復雜電磁環(huán)境下遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的硬件系統(tǒng)設計需求,研究了硬件電路設計中的信號完整性、電源完整性以及電磁兼容性的相關理論并提出了電磁協(xié)同仿真分析的設計方法,并將仿真分析的結(jié)果與實際測試結(jié)果相結(jié)合,驗證了電磁協(xié)同仿真分析在電路設計中的有效性。本文將協(xié)同設計的思想貫穿于項目的始終,將設計規(guī)則標準化、規(guī)范化,應用于復雜電磁環(huán)境下的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要完成工作如下： 本文從理論和仿真兩個角度,從信號的時域與頻域的本質(zhì)出發(fā),詳細闡述了信號完整性的分析方法。在電源完整性分析中,分析電源完整性產(chǎn)生的原因。分析了EMC/EMI主要影響因素,從信號回流和地的分割角度提升系統(tǒng)的EMC性能。并根據(jù)以上三部分特點提出了電磁協(xié)同仿真分析方法,此方法規(guī)范了電、磁仿真的基本步驟和流程。根據(jù)項目需求,設計了復雜電磁環(huán)境下遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的硬件電路的原理圖,根據(jù)電、磁仿真的基本步驟和流程對印制電路板進行了布局、布線。 在電路板的前仿真分析中驗證最初布局的可行性,在信號完整性分析的后仿真中,分析GPRS模塊、USB接口等關鍵模塊的走線的S參數(shù)模型,并根據(jù)提取的參數(shù)模型評測各信號走線的信號質(zhì)量。在電源完整性仿真分析中,通過分析電源與地平面之間的阻抗特性,驗證電源完整性設計的可行性。在電磁兼容性仿真分析中,通過近場仿真分析和遠場仿真分析評測PCB板上信號輻射較大的區(qū)域,在進行PCB的布局、布線時使對噪聲敏感的器件或信號走線避開輻射較大的區(qū)域,使系統(tǒng)具有較好的EMC性能。 對應仿真分析的結(jié)果,搭建硬件系統(tǒng)的測試平臺。測試了各關鍵信號的時域波形,各關鍵鏈路的信號沒有出現(xiàn)明顯的反射、串擾、過沖、下沖等影響信號完整性的問題；各IC供電端都具有較小紋波的電壓,且各IC穩(wěn)定工作；通過地毯探測PCB上的電磁紋波,發(fā)現(xiàn)整個PCB上都具有較小的電磁噪聲。通過與仿真分析的實際測試,驗證了復雜環(huán)境下的遠程監(jiān)護系統(tǒng)滿足信號完整性、電源完整性以及電磁兼容性的設計,驗證了本文提出的電磁協(xié)同仿真分析方法在復雜環(huán)境下進行硬件系統(tǒng)設計的可行性和有效性。
【學位授予單位】：北方工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP277;TN972

【參考文獻】

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本文編號：2626223