雷达中频信号通道间串扰抑制技术研究

2018-04-09苏延川杨士义

电子技术与软件工程 2018年5期

苏延川杨士义

摘要在没有直接电气连接的传输线之间由于感应电压或电流所产生的电磁耦合被称为串扰效应。通道间的串扰噪声叠加在回波信号上时，会影响到回波信号的检测精度。因此电路设计时，必须采取必要的措施，以获得较好的中频采样通道间串扰抑制效果。本文从串扰的分类、解决措施、实施效果等方面进行分析。

【关键词】串扰端接隔离度

1 串扰分类

串扰效应包括容性耦合和感性耦合。其容性耦合会引发耦合电流，如图1所示，感性耦合会引发耦合电压，如图2所示，并且传输线距离越近、频率越高，耦合效应越明显。在低频段传输线间的耦合可以建立耦合电容模型，在高频段传输线间的耦合可以建立电感-电容集总参数导线或传输线模型。

基于上述两种模型的计算如下：

注入到静态线上的瞬时容性耦合电流总量为：

CmL：单位长度互容（C12） V：信号电压 v：信号传播速度 RT：信号上升时间

注入到静态线上的瞬时感应电压为：

LmL：单位长度互感（L12） I：信号电流 v：信号传输速度 RT：信号上升时间

2 解决措施

通道间的串扰噪声叠加在回波信号上时，会影响到回波信号的检测精度，为了减小通道间的串扰，本项目提出并验证的方法如下：合理设计中频采样电路的供电、地网络，降低电源、地噪声；做好端接匹配，减小串扰噪声的反射；优化印制板叠层结构，合理分配走线层，消除远端干扰；使用地线及平面保护关键信号、合理控制阻抗，使用小介电常数的板材等。通过这些方法的优化设计，获得了较好的中頻采样通道间串扰抑制效果。

合理设计中频采样电路的供电、地网络，降低电源、地噪声；做好端接匹配，减小串扰噪声的反射；优化印制板叠层结构，合理分配走线层，消除远端干扰；使用地线及平面保护关键信号、合理控制阻抗，使用小介电常数的板材等。通过这些方法的优化设计，获得较好的中频采样通道间串扰抑制效果。

2.1 供电网络

AD芯片的供电分为数字电（DRVDD）、模拟电（ARVDD）两种，模拟电直接用于中频信号采样，对采样效果至关重要，因此选用稳定度较高的LDO进行供电；数字电选用DCDC进行供电。

+5V电源由导引头二次电源提供，进入AD供电网络后首先进行电源滤波，之后进入LDO获得稳定的电压输出，通过多路EMI电源滤波器为每路AD芯片分别供模拟电，保证电源之间的隔离不相互干扰。模拟电供电示意图如图3所示。

2.2 地平面设计

地平面作为信号的回流路径，信号可能会通过地平面污染其它通道的信号。本设计中采用同一GND保证回流的通畅，同时划分对地平面进行分割，限制不同通道间的回流路径确保不会相互干扰。地平面设计示意图如图4所示。

2.3 端接匹配

信号反射和传输线的阻抗连续性密切相关。传输线的阻抗发生突然变化会直接导致产生反射。只要传输线存在阻抗不连续的点，该处就会发生反射。由于发送端的输出阻抗通常较低，而接收端输入阻抗一般远高于传输线特性阻抗，发送端与接收端的阻抗差异会使得信号会在两个端点之间反复反弹，形成振铃。匹配端接就是人为加入电阻使传输线阻抗尽量变得连续来消除或减轻这种突变，从而减少反射。

本项目采用串联端接的方式，在中频信号经AD转换为数字信号后，串联33欧电阻，使接收端波形达到满摆幅，反射信号返回元断后不再反射，如图5所示。

串联端接只需要给每条传输线增加一个端接电阻，无需与电源相连接，消耗功率小。当驱动高容性负载时串联端接可提供限流作用，这种限流作用可以帮助减小地弹噪声。

2.4 印制板叠层及走线设计

本项目采用14层板设计，其中6个为plane层、8个为信号层。为信号层设计完成的参考层，保证阻抗的连续，同时为关键的时钟信号设计完整的保护地，消除相互干扰，中频采样通道间通过连续的地空进行隔离；并行数字信号线保证走线等长，减小传输延迟的差异。印制板板材选择高TG Fr4材料，介电常数较小，合理控制阻抗。

3 实施效果

采用上述设计方案，完成了了电路的设计及调试。实物图如图6所示。

完成单板调试后，随系统进行了系留试验、地面鉴定、外场靶试等各种实验考核，满足系统要求的大于45dB的要求

4 结束语

（1）在空空导弹中首次采用高速AD采样电路，为系统获得80dB的大动态范围奠定了基础；

（2）通过优化设计供电、地网络、做好端接匹配、优化印制板叠层结构、使用地线及平面保护关键信号、合理控制阻抗等方法，获得了较好的中频采样通道间串扰抑制效果（大于45dB）；

（3）在较小的体积内，通过良好的数模混合电路设计，实现了多通道的中频采样，幅提升性能并减小了体积。

参考文献

[1]张奕，余海龙，谭剑美.四通道高速数据采集系统设计[J].现代电子技术，2012，35（09）：10-12.

[2]孙志虎，李晓明.基于下变频器AD9654的塔康中频数字化接收机设计[J].科学技术与工程，2010，10（31）：7768-7772.

作者简介

苏延川（1982-），男，河南省汝州市人。高级工程师。硕士学位。研究方向为雷达导引头信号处理。