Uydu Navigation Sistemleri için yüksek hızlı bir şekilde değiştirilebilir

Uydu navigasyon sistemleri için yüksek hızlı baskılı devre kurulları (PCB) tasarlamak, GPS için en zorlu mühendislik zorluklarından biridir. Bu sistemler, aşırı sıcaklıklar, radyasyon ve vibrasyonun sürekli tehditler olduğu yerde, tüm uydu misyonunu çözdüğü hatalarla sonuçlanmalıdır.Bu makale, GPS, GLONASS, Galileo veya BeiDou - yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, güç bütünlüğüne dikkat etmelidir.

Uydu Navigation PCB'lere Özel Meydanlar

Uydu navigasyon alıcıları, orta Dünya yörüngesinde onlarca uydudan son derece zayıf sinyalleri algılamalı ve işlemeli. Bu sinyallerin yanı sıra güç seviyelerinden düşük olması gerekir -130 dBm, onları PCB'den gelen gürültü ve müdahaleye son derece hassas hale getirmeleri.Ayrıca, sistem aynı anda birden çok frekans bandı ele almalıdır -L1, L2, L5, L5, diğer takımyıldızlar için eşdeğerleri için.

Elektrik zorluklarının ötesinde, uzay-özel PCBler, uzaydan -55 °C'den +125 °C'ye kadar termal bisiklet hayatta kalmalı ve radyasyonu vakumlamalı, PCB substratı bu koşullardan daha fazla, ve laminatlar, bakır folyolar, yüksek çözünürlükte, uydurulmuş bir elektromanyetik rezonans teorisine sahip, 12 ila 20 kata kadar, genellikle tüm gerekli tüm işlevleri küçük bir ayak izi toplamak için gerekli olan özel bir disiplin için sertifikalandırılmalıdır.

Yüksek Hızlı PCB Tasarım'ın Navigasyon Sistemleri için Temelleri

Impedance Control: Signal Integrity Vakfı

Uydu navigasyon sistemleri (tipik olarak 1.1-1.6 GHz), PCB'deki her iz bir iletim hattı olarak çalışır ve substrat malzemesinin sabit bir sabit (Dk) sabit bir şekilde sabitlenmesini sağlar. Mikrostrip hatları için, standart bir FR-4 substratı üzerindeki yansımaları önlemek için kritik bir şekilde 10 milyonluk bir izlenebilir, ancak Dkz4'ün düşüklüğü ve yüksek çözünürlükte sabit bir şekilde sabitlenir.

Çok katmanlı kurullarda, şerit yapıları (iki uçak arasında yer alan) daha iyi izolasyon ve kontrol edilen bir engel sağlar, ancak daha fazla tabaka gerektirir. Uydu navigasyonu, kritik RF izlerini gerektirir - anten besleme hattı veya LNA girişi gibi - her iki tarafta da şeritli olarak yollanır.Bu yapılandırma azalır ve çapraz olarak azalır.

Trace Routing: Gemizleme ve Crosstalk

Navigasyon alıcıları, uydu aralıklarını hesaplamak için nanosaniye seviyesindeki zamanlama doğruluğu ile çalışır. RF ön uçları ve taban bandı işlemcisi, pozisyon hatalarına neden olabilecek bir aşama gecikmesi sağlar. Tasarımcılar genellikle maç izlerinin uzunluğuna veya geçiş noktalarına veya artışlara yol açmaz.

En az 12 mil kenar-sonrası arasındaki mesafeyi en az üç kez, ancak sadece bir zemin uçağı tarafından ayrılmışsa, en hassas iz, düşük çözünürlükte bulunan anten bağlantılarından RF girişi anlamına gelir.Bu iz mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır, tüm dijital saat ve güç dönüştürücüler altında.

Yer Planları ve Shielding

Uydu navigasyon panjurları, her katmanın normal aralıklarda birbirine bağlanan bir zemin olması gerekir (her ⁇ /20 veya yaklaşık 3 mm'ye geri dönüş yolu) uçaklarının tek bir referans olarak hareket etmesini sağlar. RF bölümü için, genellikle hassas bir izi kullanmaz.

Shielding, LNA'nın üzerinde yaygın olarak yer almaktadır, mixer ve IF yükseltici aşamalar. Bunlar, sürekli deniz ile zemin uçağa satılmalıdır veya yüzeysel temastan daha fazla tasarruf etmeleri gerekir.(1.5 GHz'de 2 cm). Küçük bir boşluk bile sisteme müdahale edebilir. Uzay uygulamalarında, hafif alüminyum kalkanlar genellikle kullanılır, ancak korozyonu önlemek ve iyi galvanic temas sağlamak için kaplamalıdırlar.

Katman Stackup Design

Katmanlı çöpü tasarlamak sinyal bütünlüğü, güç bütünlüğü ve manufacturability arasında bir dengeleyici harekettir. Uydu navigasyon alıcı için tipik 12 katmanlı bir yığın dahil olabilir:

Katmanlar arasındaki ön kalınlık istenen iz engelleyiciye ulaşmak için seçilir. Örneğin, 50 GU şeritli katman 3, yukarıdaki zemin uçaklara özel bir dielektrik yüksekliği gerektirir (kat 2) ve aşağıda (katılım 4).

Uzay için malzeme seçimi - Yüksek Hızlı PCBler

Yüzey navigasyonu için yüksek hızlı PCB tasarımından biri substrat materyali seçimidir. Malzeme frekansı, sıcaklık ve nem arasında istikrarlı bir dielektrik sabiti olmalıdır; düşük kayganlık sinyal gücü korumak için; yüksek ısı iletkenliği bileşenlerinden ısıyı bozmak için; ve radyasyona ve dışarı gazlara direnç.

Popüler malzemeler şunlardır:

NASA'nın OKUYUT:0)NEPP programı[[DÜDÜT:1), PCB malzeme üzerinde uzay için kapsamlı test verileri sağlar, bu nedenle tasarımcılar, son malzeme seçiminden önce raporlarına danışmalıdır. Ek olarak, IPC-6012DS alanı/as PCB yeterlilik standart, malzeme saflığı için katı gereksinimleri katıleştirir, bakır folyo adhesion ve termal stres direnci için katı gereksinimleri sunar.

Koleksiyoncular için Bitirme ve Routing Strategies for Navigation Alıcılar

Kritik bileşenlerin yerleşmesi mantıksal bir sinyal akışı takip etmelidir: anten konektörü → düşük çözünürlükte amplitüdücü → IF amplifikatörü → analog- sayısal dönüştürücü (LO), alıcının gecikmesini önlemek için LNA çıkışından derhal uzak durmalı.

Dijital devreler (FPGAs, DSPs, bellek) yüksek frekanslı geçişli gürültüyü güç uçakları ve radyasyon yoluyla RF bölümüne ayırabilecektir. RF/analog bölümü ve dijital bölüm arasında fiziksel bir ayrım oluşturmak için gereklidir, genellikle onları bir zemin moat - aynı zamanda dijital zeminden gelen bir yuvaya ayırarak - aynı zamanda moat da köprülmalıdır.

Çok bantlı alıcılar için, her frekans yolu (L1, L2, L5) kendi özel şerit tabakasında veya en azından karmaların yakınında bulunan Harmonic filtreleme, diğer gruplara karıştırmak için çok önemlidir.

Simülasyon ve Doğrulama

Uydu navigasyonu için yüksek hızlı PCB tasarımı, kapsamlı bir simülasyon olmadan güvenilir olabilir. Elektromanyetik (EM) alan çözücüler 3D yapılar olarak izlerini analiz etmek ve S-parametreleri tahmin etmek için kullanılır ve bu tür testleri doğrulamak için bir devre simülatöründe çalıştırın.Asys HFSS, CST Studio Suite ve Keysight ADS endüstri standardıdır.

Güç bütünlüğü simülasyonu eşit derecede önemlidir. Güç teslimat ağı (PDN) LNA'nın güç pinlerine yakın olmalıdır (DC for digital circuits, and dar bantlar for RF).Decoupling kapasitors with self-resonant frekansı arsa ve eşanlı devreleri kullanarak bağlantı kurun.

Termal simülasyon göz ardı edilmemelidir. Uzayın vakumunda, ısı transferi, tahta ve radyasyon yoluyla yapılan sıkıştırmalarla sınırlıdır (örneğin 125 °C askeri / uzay parçaları için). FloTherm veya Ansys Buzpak ile simülasyon, FPGAs ve lineer düzenleyiciler gibi yüksek güç parçalarının yerleştirilmesine rehberlik edebilir.

Test ve Uyum

Üretimden sonra, PCB bir uyduya entegre edilebilir önce titiz test yapmalıdır. Elektrik testleri şunları içerir:

ESA ve NASA gibi uzay ajansları kendi ayrıntılı PCB test standartlarına sahiptir.ŞAM:0)NASA-STD-8739 serisi), satış, terminal bağlantıları ve basılı kablo tahtaları için işadamları gerekliliklerini kapsar.Bu standartlarda uçan herhangi bir PCB için zorunludur.

Uydu Navigation için Yüksek Hızlı PCB Tasarımında Geleceği Trendleri

Bir sonraki uydu navigasyon sistemleri daha yüksek performans talep edecektir. Gelişen trendler şunları içerir:

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Uydu navigasyon sistemleri için yüksek hızlı PCB tasarımı, elektromanyetik teori, malzeme bilimi ve güvenilirlik mühendisliği hakkında derin bir anlayış gerektirir.Bu makalede belirtilen ilkeleri ve yüksek simülasyonu takip ederek, her karar doğrudan navigasyon cihazının performansını etkiler. Uydu Ass küresel konumlama, zamanlaması ve kritik altyapıyı desteklemeye devam ederse, sinyal bütünlüğü ve sağlamlığı sağlamaları gerekir.Bu makalede belirtilen ilkeleri takip ederek ve gelişmiş simülasyon araçları ve uzay yeterlilik standartları ile ilgili ilkeleri takip ederek, PCB'leri modern ve gelecekteki uydu navigasyon sistemlerinin sıkı gerekliliklerini yerine getirebilir.