复杂电磁环境下远程监控系统电磁干扰防护技术研究

发布时间：2020-04-13 17:10

【摘要】：随着电子技术地飞速发展以及越来越复杂的电磁环境,电子产品设计面临产品多功能和小型化的需求。电子产品设计核心之一就是印制电路板,其面临着外部设备级和系统级的电磁环境恶劣所引起的电磁干扰问题、电路板级互连线所引起的信号完整性问题,电源和地路径的电流发生变化后所引起的电源完整性问题。本文针对复杂电磁环境下远程监控系统中的硬件系统设计需求,研究了硬件电路设计中的信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性的相关理论并提出了电磁协同仿真分析的设计方法,并将仿真分析的结果与实际测试结果相结合,验证了电磁协同仿真分析在电路设计中的有效性。本文将协同设计的思想贯穿于项目的始终,将设计规则标准化、规范化,应用于复杂电磁环境下的远程监控系统。本文主要完成工作如下：本文从理论和仿真两个角度,从信号的时域与频域的本质出发,详细阐述了信号完整性的分析方法。在电源完整性分析中,分析电源完整性产生的原因。分析了EMC/EMI主要影响因素,从信号回流和地的分割角度提升系统的EMC性能。并根据以上三部分特点提出了电磁协同仿真分析方法,此方法规范了电、磁仿真的基本步骤和流程。根据项目需求,设计了复杂电磁环境下远程监控系统中的硬件电路的原理图,根据电、磁仿真的基本步骤和流程对印制电路板进行了布局、布线。在电路板的前仿真分析中验证最初布局的可行性,在信号完整性分析的后仿真中,分析GPRS模块、USB接口等关键模块的走线的S参数模型,并根据提取的参数模型评测各信号走线的信号质量。在电源完整性仿真分析中,通过分析电源与地平面之间的阻抗特性,验证电源完整性设计的可行性。在电磁兼容性仿真分析中,通过近场仿真分析和远场仿真分析评测PCB板上信号辐射较大的区域,在进行PCB的布局、布线时使对噪声敏感的器件或信号走线避开辐射较大的区域,使系统具有较好的EMC性能。对应仿真分析的结果,搭建硬件系统的测试平台。测试了各关键信号的时域波形,各关键链路的信号没有出现明显的反射、串扰、过冲、下冲等影响信号完整性的问题；各IC供电端都具有较小纹波的电压,且各IC稳定工作；通过地毯探测PCB上的电磁纹波,发现整个PCB上都具有较小的电磁噪声。通过与仿真分析的实际测试,验证了复杂环境下的远程监护系统满足信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性的设计,验证了本文提出的电磁协同仿真分析方法在复杂环境下进行硬件系统设计的可行性和有效性。
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP277;TN972

【参考文献】