盲信号接收机高频数字电路电磁兼容设计研究

发布时间：2017-04-01 10:02

  本文关键词：盲信号接收机高频数字电路电磁兼容设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着微电子技术和相关工艺的飞速发展,多层印刷电路板(PCB)的设计也随之越来越复杂,同时工作频率不断提高。PCB的设计已经进入GHz以上的阶段,但是随之频率的提高,带来了一系列电磁干扰问题。工作时钟／信号总线上升时间达到了皮秒级,信号的高频谐波分量也随之增加,产生了频谱范围更宽的电磁辐射,给系统的电磁兼容性设计带来了极大的挑战。在高频情况下,常用的元器件会表现出一系列寄生特性,例如即使很短的传输线可能成为辐射天线,形成电磁干扰(EMI)。因此,在现代PCB设计中,电磁兼容性得到了越来越多的关注。本文首先说明了高速信号和高频电路的定义,介绍了PCB传输线理论和传输线对外辐射原理,包括电偶极子辐射和磁偶极子辐射。其次,以盲信号接收机高频数字电路为研究对象,介绍了接收机高频数字电路的硬件设计,提出了一种从Cadence中PCB版图到SIwave中建立仿真模型的方法,对盲信号接收机高频数字电路的PCB模型进行了谐振模式、辐射仿真分析,得到了100MHz到1GHz范围内的谐振情况和远场近场辐射结果,并对仿真结果分析,对可能出现的EMI问题提出了相关改进措施,提高了系统的电磁兼容性能。同时,研究了在高频下过孔所产生的寄生电容、寄生电感对PCB的EMI的影响,针对接收机PCB的过孔提出了相关优化措施,介绍了一些PCB设计遵循的准则。再次,为了进行高频数字电路在正常工作情况下的电磁兼容性能测试,详细阐述了保证高频电路正常工作所必需的软件设计,主要是FPGA逻辑设计,包括设计思路和模块划分,各模块的逻辑设计,并进行了工作性能测试,保证了系统可以正常工作。最后,对盲信号接收机高频电路的PCB工作状态下的辐射发射情况进行了测试,包括远场辐射测试和近场辐射测试,与仿真结果进行对比,验证了仿真的正确性。针对测试中出现的高频谐波频点和谐振频点辐射较强情况采取了改进措施,对比改进前后的测试结果,证明措施有效。同时,提出了尚存的不足之处和今后的研究方向。
【关键词】：PCB 电磁兼容 SIwave 高频
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN03;TN851
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 研究背景与现状11-15
• 1.2 国内外研究动态15-17
• 1.2.1 国外研究动态15-16
• 1.2.2 国内研究动态16-17
• 1.3 本文主要研究工作及结构安排17-19
• 2 PCB传输线基本理论和辐射原理19-26
• 2.1 高速信号和高频电路19
• 2.2 PCB传输线理论19-22
• 2.2.1 PCB传输线模型20
• 2.2.2 传输线方程20-22
• 2.3 PCB传输线对外辐射原理22-25
• 2.3.1 电偶极子辐射22-23
• 2.3.2 辐射远场区和辐射近场区23-24
• 2.3.3 磁偶极子辐射24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 接收机高频电路硬件设计和电磁兼容性能分析26-55
• 3.1 接收机高频数字电路系统硬件设计26-28
• 3.2 仿真软件介绍及建模过程28-30
• 3.3 PCB传输线辐射分析30-37
• 3.3.1 PCB传输线的差模辐射30-35
• 3.3.2 PCB传输线的共模辐射35-37
• 3.4 PCB板谐振分析37-44
• 3.4.1 简单结构的谐振分析37-39
• 3.4.2 高频数字电路PCB谐振分析39-43
• 3.4.3 谐振分析总结43-44
• 3.5 电磁场分布分析44-49
• 3.5.1 近场电磁场分布44-48
• 3.5.2 远场电场分布48-49
• 3.5.3 电磁场分布总结49
• 3.6 过孔对PCB辐射影响分析49-54
• 3.6.1 PCB过孔理论49-50
• 3.6.2 过孔对PCB电磁辐射影响50-53
• 3.6.3 过孔对PCB辐射影响分析总结53-54
• 3.7 本章小结54-55
• 4 接收机高频电路软件设计与实现55-68
• 4.1 设计思路和模块划分55-64
• 4.2.1 指令译码模块57-58
• 4.2.2 时钟分频模块58-59
• 4.2.3 数据写入模块59-62
• 4.2.4 SRAM控制模块62-63
• 4.2.5 数据读取模块63-64
• 4.2 工作性能测试64-67
• 4.3 本章小结67-68
• 5 PCB辐射发射测试68-77
• 5.1 远场辐射测试68-70
• 5.2 近场辐射测试70-75
• 5.3 改进后辐射测试75-76
• 5.4 本章小结76-77
• 6 总结与展望77-79
• 6.1 本文主要工作和总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-84
• 学位论文数据集84

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本文编号：280409