[發明專利]多通道數字抗干擾SIP模塊

有效

• 申請號: 201910094580.8
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109921861B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 任燕飛;何海丹;張云;唐洪軍;郝黎宏;何凌云;胡大成
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: H04B15/00
• 分類號: H04B15/00
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種多通道數字抗干擾SIP模塊，旨在提供一種可以有效減小系統尺寸，提高系統集成度的SIP模塊。本發明通過下述技術方案予以實現：模數轉換芯片組、數字抗干擾算法芯片順次串聯，通過數字抗干擾算法芯片輸出端連接數模轉換芯片_No.1和數模轉換芯片_No.2組成多通道數字抗干擾SIP模塊，模數轉換芯片組ADCs將多通道輸入的模擬信號送入數字抗干擾算法芯片，分為兩路進行處理，一路通過數模轉換芯片_No.1進行數字波束形成，另一路通過數模轉換芯片_No.2進行自適應抗干擾處理，根據外部計算機輸出控制信號提供的模塊工作所需要的角度，頻率信息，將自適應抗干擾處理后的干擾數字信號轉換為模擬信號輸出。

技術領域

本發明涉及無線通訊領域的多通道自適應抗干擾技術、多通道波束形成技術和SIP封裝技術。

背景技術

在無線通訊領域，對于功能傳輸效率、噪聲、體積、重量以及成本等多方面要求越來越高，迫使無線通訊向低成本、便攜式、多功能和高性能等方向發展。SiP是理想的解決方案。汽車電子是SiP的重要應用場景。汽車電子里的SiP應用正在逐漸增加。SiP在其他消費類電子中也有很多應用。這其中包括了ISP(圖像處理芯片)、藍牙芯片等。以發動機控制單元(ECU)舉例，ECU由微處理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)、輸入/輸出接口(I/O)、模數轉換器(A/D)以及整形、驅動等大規模集成電路組成。各類型的芯片之間工藝不同，目前較多采用SiP的方式將芯片整合在一起成為完整的控制系統。另外，汽車防抱死系統(ABS)、燃油噴射控制系統、安全氣囊電子系統、方向盤控制系統、輪胎低氣壓報警系統等各個單元，采用SiP的形式也在不斷增多。芯片堆疊技術在SiP中應用的非常普遍,通過芯片堆疊可以有效降低SiP基板的面積,縮小封裝體積。根據國際半導體路線組織(ITRS)的定義：SiP為將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件，以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件優先組裝到一起，實現一定功能的單個標準封裝件，形成一個系統或者子系統。從架構上來講，SiP是將多種功能芯片，包括處理器、存儲器等功能芯片集成在一個封裝內，從而實現一個基本完整的功能。SIP是解決系統桎梏的勝負手。把多個半導體芯片和無源器件封裝在同一個芯片內，組成一個系統級的芯片，而不再用PCB板來作為承載芯片連接之間的載體，可以解決因為PCB自身的先天不足帶來系統性能遇到瓶頸的問題。SiP不僅是簡單地將芯片集成在一起。SiP還具有開發周期短；功能更多；功耗更低，性能更優良、成本價格更低，體積更小，質量更輕等優點。SiP的應用非常廣泛，主要包括：無線通訊、汽車電子、醫療電子、計算機、電子等。隨著SIP技術的發展，通過將多個裸芯片封裝在同一個管殼內，可有效提高系統的集成度，減小系統尺寸。數據采集的模擬通道是將需要采集的數據經傳感器轉換為電壓或者是電流信號輸出，之后再經過調理電路將其調理成電壓信號，調理之后送入到A/D轉換器中。模擬通道的核心是信號調理電路。多功能數據采集卡具有16路單端模擬輸入、12位模數轉換器、高達100KHz采樣率、1024k采樣FIFO緩沖器、116路數字量輸入及16路數字量輸出、自動通道/增益掃描。模擬通道的核心是信號調理電路，主要為放大或是衰減電路，把采集的模擬信號放大或衰減到ADC滿量程電壓相對應的電平值。在數據采集的整個過程中，傳感器以及電路中元器件都會產生不可避免的噪聲干擾。在數據采集的過程中，環境中不可避免地存在一些高頻干擾信號，干擾信號混雜在有用的信號中。當這些干擾信號頻率超過了納奎斯特頻率時，數字信號中就會出現一些不可預料的干擾信號，即頻率混疊現象。由于干擾信號進入數據采集系統的頻譜很寬而且隨機性較強，硬件抗干擾措施只能抑制某個特定頻段的干擾。系統中有許多因素會影響數據測量的準確性和系統的可靠性，外界殘留的干擾信號總會多多少少地侵入到智能化系統內部。常見的數據采集干擾信號有周期性的干擾信號和非周期性的不規則干擾信號兩種。對于不同的干擾信號，軟件濾波相應的對策也是不同的。實際上A/D轉換器在轉換時都會存在量化誤差、噪聲、漂移與增益誤差等一些無法確定的因素，使得在實際應用中A/D器件的位數一般都會低于標稱位數，其中噪聲影響是最嚴重的。在數字電子系統(如計算機和利用微處理器的設備)中數據快速傳輸和處理產生的信號有很高的重復頻率和脈沖上升時間，因此高頻諧波非常顯著短導線和電纜以及印制電路上的導體都是有效的輻射體，另外被控功率器件也產生能量較大的空問干擾其，它設備產生的電磁輻射作用于電纜以及印制電路上的導體也可產生干擾。通常的相控陣雷達是通過微波饋電網絡來形成發射和接收波束不具有根據外部環境來自適應調整加權系數而抑制干擾的能力這顯然不能適應現代復雜電磁環境。此外對常規相控陣雷達如果要同時形成多個波束則其饋電網絡的設備量將成倍增加變得十分復雜。隨著計算機技術、大規模集成電路和數字信號處理技術的發展，采用數字處理方法在基帶實現形成相控陣雷達接收波束成為可能，這就是所謂的數字波束形成(DBF)技術。采用DBF技術較模擬方式在微波和中頻上合成波束技術具有更大的靈活性和可控制性，可以同時形成多波束及賦形波束，并且可以根據外部干擾環境來自適應調整權系數，從而達到抑制干擾的目的是一種先進的雷達技術手段。這種新的相控陣體制為信號處理向更高層次發展提供了需求。空時二維雜波濾除問題就是隨之產生有待解決的問題。但自適應處理往往需要系統靈活形成多波束和在線實時計算自適應權，從而涉及較大的運算量。數字波束形成(DBF)技術及超大規模集成電路(VLSI)的迅速發展為精確控制空時自適應權值和加快處理速度提供了保障，從而為空時二維自適應處理的實際應用提供了有利的條件。然而空時二維最佳處理所需的運算量是極大的，需要對大維數的雜波相關矩陣進行估計和求逆，所以其應用只限于非常小的陣列規模，而對于較大的陣列其運算量很大實時運算是相當困難的。數字波束形成(DBF)和自適應波束形成(ADBF)等。ADBF技術又稱為自適應空域濾波,通過對各陣元輸入信號自適應加權以實現空域自適應濾波,ADBF技術可以有效增強有用信號,抑制干擾和噪聲信號。多通道數字抗干擾系統是一種空域濾波器，由多通道同時接收信號，通過特定的抗干擾算法，對通道進行不同的幅相加權，實現有用信號的疊加和干擾信號的對消。當陣列規模很大時，隨著FPGA的資源需求指數級增加，數模轉換器數量的增多，設備的尺寸會非常大，極大的增加了系統的成本和復雜度。空域濾波是用一定形狀的波束來通過有用信號或需要方向的信號并抑制不需要方向的干擾，因而又稱為波束形成。其實質是一個多通道的陣列信號處理系統，既不同于通常信號的時域處理也不同于頻域處理，是一個空域濾波的概念。因為疊加在一起(時間上同時到達)的幾個信號占有相同的頻帶時，通常的時域濾波和頻域濾波己不能將它們分開，但是這些信號通常來自不同的方向，波束形成就是利用這種空域的分離性來實現信號的空域處理的。