1 引言

隨著現代科學技術的發展，電子、電氣設備獲得了越來越廣泛的應用。運行中的電子、電氣設備大多都伴隨著電磁能量的轉換，高密度、寬頻譜的電磁信號構成了極其復雜的電磁環境。如何提高電子設備在復雜的電磁環境中的生存能力，以保證達到初始的設計目標，成為人們越來越關注的問題。激光引信電路設計的重要內容之一就是研究控制和消除電磁干擾，使激光引信的各分系統在一起工作時，不引起其它設備或系統的工作性能的惡化或降低。簡要的說，就是如何實現一個設備在電磁環境中正常的工作，同時又不能對別的設備產生電磁干擾。

2 應用開發背景

近年來隨著技術的發展，激光引信開始向智能化、多功能和小型化方向發展，尤其是體積的縮小使得大功率、高頻電路、激光器、電源等強電磁波發生源與大量對電磁干擾敏感的元器件安裝在一起，因此消除激光引信內部干擾變得至關重要。通過EDA技術在激光引信中的應用，在引信電路設計之初就充分考慮系統的噪聲抑制，可以有效減少引信內部的干擾，提高電磁兼容性。

在此基礎上我們結合激光引信發射電路，應用Mentor Graphics公司的原理圖設計、元器件建庫、PCB布局布線等，并達到了較好的效果。我們利用Mentor提供的轉換接口工具將前版的Protel原理圖直接轉換為 Dxdesigner格式，然后在此基礎上改進原理圖。原理圖設計是整個硬件設計的前端，它的完成質量將對后面環節起決定作用。

DxDesigner是業界功能最強大的原理圖設計輸入工具，支持自頂向下以及自底向上的設計方式，支持層次化的設計輸入與設計管理，也支持平面方式以及混合方式的原理圖輸入方式，支持分頁設計。Mentor功能強大，但使用并不復雜，很多功能通過菜單或者快捷鍵、筆畫方式可以很快的運行。而且它還提供了各種窗口，如可以在原理圖中預覽PCB封裝、可以直接編輯網絡連接關系、多個器件屬性的同時編輯等。

Mentor公司的高端PCB設計工具Expedition PCB，從它的界面我們可以看出它完全針對Windows應用環境而開發，用戶界面友好，操作方便。Expedition PCB布局布線工具是真正的任意角度布線器，布線方式多種多樣，尤其擅長高密度多層板布線;支持自動布線，總線布線和高速布線。功能上完全滿足現有及將來高密度互連、高速布線等PCB設計要求。它的自動布線器特別優秀，使我們以前對自動布線器不實用的認識得到了改變。一塊中等難度的PCB，采用一定的布線策略可以在幾分鐘內完成布線。

3 主要應用和研究內容

3.1激光引信干擾源

典型的脈沖激光引信系統通常由五個部分組成：激光發射模塊、接收模塊、時刻鑒別單元、高精度時間間隔測量單元和處理模塊。激光發射模塊在某時刻發射激光脈沖，其中一小部分功率直接進入回波接收單元并觸發信號，開始時間間隔測量;其余功率從發射電路向目標發射出去，經距離L到達目標后被反射;接收通道的光電探測器接收到返回激光脈沖，經放大后到達信號的放大及整形單元，產生終止信號，終止時間間隔測量;高精度計數單元把所測得的時間間隔結果t輸出到處理控制單元，最后得到距離。因此激光引信發射電路設計中如何提高抗干擾能力以免影響系統正常工作、甚至造成系統虛警乃至失效顯得十分重要。實際上，解決激光引信電磁干擾問題效果一直不甚理想，電路測試中能觀測到較明顯的干擾信號。

圖1是在Protel環境下完成的設計后，單板的實際測試結果，由圖中可看出，在發射電路發射脈沖的同時，對接收系統產生較大影響，前端毛刺即為發射電路對接收系統的干擾，其干擾閾值超過0.5v。激光引信自身的電磁干擾主要來自于發射模塊。發射電路中周期性變化的脈沖時域信號含有豐富的諧波，對應的頻譜是離散頻譜，使其在脈沖頻率的整數倍頻率處的頻譜強度較非周期性變化的時域信號要高，因此在這些頻率處具有較強的干擾輻射。發射電路中的主要干擾形式是傳導干擾和近場干擾。印刷線路板的走線通常采用手工布局，具有更大的隨意性，這就增加了PCB分布參數的提取和近場干擾預測的難度。

3.2發射電路的串擾分析

對于激光引信電路，其上的傳輸線由于傳輸高頻信號，呈現電學長線特性，這些要用傳輸線的分布參數概念來解釋。當高頻信號通過傳輸線時，傳輸線反映出的分布參數效應有四個：由于電流流過導線使導線發熱，這表明導線本身有分布電阻;由于導線間絕緣不完善而存在漏電流，這表明導線間處處有漏電導;由于導線中通過電流時周圍有磁場，因而導線上存在分布電感效應;又因為導線間有電壓，導線間有電場，故導線間存在電容效應。

當負載阻抗不等于特性阻抗值時，它不能完全吸收到達的電磁能量，有一部分能量將從接受端反射回來，形成反射波。在傳輸線路中的各點反射波與入射波產生合成波，這種合成波稱為駐波。由于一般傳輸線很難達到匹配狀況，所以駐波是最普遍的傳輸形式。

圖2 激光引信原理圖訪真

在引信電路中，由于器件寄生參數的存在使得波形畸變，甚至造成更加陡峭的電壓和電流變化率。一般來說開關電源傳導 EMI頻譜包含基頻(周期為數十毫秒)。由于對電磁兼容(EMC)的描述被定義在頻域，所以有必要將時域波形轉換到頻域。具體轉化過程如下:由傅立葉定理可得，任何周期信號都能被表示為正弦和余弦信號的級數形式，其頻率是基頻的整數倍。然而，因為EMI的頻域范圍很寬，所以需要花費很長時間和精力對每一個諧波的幅度進行嚴格的分析。其中電路的正向di導通所用時間，是引起 dt 變化的主要原因。在激光引信電路中，這個電流尖峰的頻譜很寬，有很大的變化率，可以帶來以下后果:1)在接收回路的電阻上產生很大的電壓;2)使接收回路產生振蕩;3)變化的電流產生變化的磁場，干擾周圍回路的正常工作。

根據以上分析，我們在Mentor環境下重新設計了激光引信發射電路。單板的實際測試結果，由圖中可看出，前端毛刺即為發射電路對接收系統的干擾明顯低于之前的0.5v，信噪比有明顯改善。

4 應用效果及效益分析

在本次設計的過程中應用了仿真技術取得了較好的效果，保證了制板的一次性成功。在實際設計中，EDA技術具有操作交互性好、細節處理好等特點，可以有效幫助我的設計不是盲目任意的，所有的設計內容都是基于我們分析的結果。這樣可以提高產品的質量，減少盲目設計帶來的反復。基于這個設計思想，Mentor可以在設計的前期就把我們得到的設計規則加到設計中去，從而保證了設計的一致性。

5 總結

實驗表明，借助于 EDA技術可以有效提高激光引信的設計質量，能夠對電路中的干擾進行合理的預測、分析。最大程度地減少了重復設計的次數。為今后系統訪真設計提供了重要參考。