解决复杂仪器系统电磁兼容性问题的方法研究

The electronic instrument system is faced with some serious problems of the interference, electromagnetic compatibility design, upgrading, and expansion, which has hampered its development. The modular design and the use of an optical bus to achieve inter-module high-speed data interconnection can effectively reduce the system-level electromagnetic compatibility design difficulties, thereby improving system performance. Therefore, the application is to realize a small-sized functional module with a standardized interface by using a three-dimensional system-level packaging technology and to perform high-speed data interconnection using optical bus technology to realize the standardization of the module while solving the electromagnetic compatibility problem of the instrument electronic system. The research will include electromagnetic compatibility mechanism and optimization design criteria for micro-functional modules, standardized interfaces for micro-functional modules, and optical bus architectures and protocols for instrumented electronic systems. Which will be the foundation of the effective solution to the electromagnetic compatibility of the instrument system.

目前电子仪器系统面临着相互干扰严重，电磁兼容设计困难，升级扩展复杂的问题，已经严重制约了其发展。采用模块化设计，并利用光总线实现模块间高速数据互联可有效降低系统级电磁兼容性的设计难度，从而提高系统的性能。因此，本申请拟利用三维系统级封装技术实现带有标准化接口的微小型功能模块，并利用光总线技术完成高速数据互联，在解决仪器电子系统的电磁兼容性问题的同时，实现模块的标准化以减小设计工作的重复。研究内容主要包括微小型功能模块的电磁兼容性机理和优化设计准则研究，以及适用于微小型功能模块的标准化接口以及适用于仪器电子系统的光总线架构和协议研究。这将为最终实现有效解决仪器系统电磁兼容并简化仪器系统设计复杂度奠定基础。

本项目针对目前仪器系统电磁兼容设计复杂，系统扩展困难的问题，在无主高速光网络总线的基础上，提出了一种分层光总线结构，设计了标准化光总线模块。通过标准化模块的分层组合，最终实现微型、小型和大型系统的积木式设计，解决电子系统的电磁兼容问题。按照一年期的任务目标，项目开展了标准化光学接口模块的研究，实现了功能完备的光电混合接口模块；开展了接口模块的信号完整性分析及其电磁兼容设计研究，提出了针对高速信号电路的高效精确建模方法，并明确了光电接口模块中影响信号质量的多个原因；开展了仪器光总线拓扑结构和光总线协议的设计研究，给出了一种基于无源光总线技术的高速光数据总线设计方案。在此基础上完整搭建了光总线测试平台，在接口模块上完整实现了光总线协议，并对整个系统的功能和性能进行了较为完备的测试，测试结果达到既定目标。项目为复杂仪器系统电磁兼容设计提供了一种新的思路，相关研究成果具有较高的应用价值。