星载信号处理电路的电源完整性分析与设计

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随着电子技术的飞速发展,PCB中的电源完整性问题日益突出,这些电源完整性的问题也给PCB的设计带来了巨大的挑战。而卫星上的PCB又因为其特有的不可维护性,一旦在太空环境中出现问题,造成的后果不堪设想。因此对星载信号处理电路板的电源完整性分析是十分必要的。本文首先对直流供电部分的电源完整性进行分析,分别研究了 IR-Drop以及电流密度分布对PCB的供电的影响。接着研究了电源分配系统的去耦网络,详细分析了高频系统中,电容的实际模型以及阻抗特性,并且针对电源/地平面的阻抗设计,提出了频域目标阻抗法。最后对传输线上存在的反射以及串扰的问题进行了分析,并且提出了减小传输线上的反射以及传输线间的串扰的措施。本文中,对设计完成的小卫星计算机电路板进行了电源完整性的分析。应用之前对电源完整性的研究,对PCB进行了直流电源完整性分析、去耦网络设计以及信号传输线分析,对PCB的电源阻抗进行了设计修改,提高了 PCB的供电电源的稳定性,对PCB中的串扰网络进行了扫描仿真,确定了串扰网络的合理的传输线间距。在结合了对小卫星的计算机电路板电源完整性分析的过程中,本文总结出了一套具体的PCB设计方案。在设计PCB的初期,对关键信号进行前仿真分析,确定PCB中关键信号的布线规则,然后按照常规PCB的设计流程进行布局布线,在布线完成时进行电源完整性的后仿真,针对出现的问题进行局部重新设计,完成整个PCB的设计。在本文的最后,基于本文所提出的设计方案,对信号处理单元的PCB进行设计。经过对关键信号网络的前仿真,得到了关键信号网络的产生反射噪声的极限长度以及串扰网络的合理间距等布线规则。然后进行PCB的分层、布局以及布线设计。在设计完成后,进行了电源完整性的后仿真。针对出现的局部电流密度过大、电源阻抗设计不合理、关键信号反射噪声过大等问题,修改了电源网络的布线、设计了去耦电容网络、对关键信号进行了端接匹配。经过重新的局部设计,完成了信号处理单元的PCB。在实际测试中,电源与信号的噪声电压低于噪声容限,电源的稳定性良好。
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