ADS仿真在電子裝備試生產(chǎn)中的運用

蘭楊茂 羅紹彬 羅小平

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所 四川省成都市 610036）

1 引言

裝備試生產(chǎn)是指裝備在完成設(shè)計后、正式批量投產(chǎn)前進(jìn)行的試制過程，是裝備從研制轉(zhuǎn)向批生產(chǎn)的一個關(guān)鍵過渡環(huán)節(jié)，在提高裝備質(zhì)量、制造成熟度方面具有至關(guān)重要的作用。通過試生產(chǎn)，把影響裝備質(zhì)量的技術(shù)問題、設(shè)計問題和制造問題盡可能地排除在裝備批生產(chǎn)之前[1]。因此，要提高產(chǎn)品設(shè)計和制造整體質(zhì)量，必須高度重視裝備的試生產(chǎn)。

2 電子裝備試生產(chǎn)的特點

2.1 電子裝備的復(fù)雜性

電子裝備是以電磁信號的獲取、傳輸、處理為目標(biāo)，以機(jī)械結(jié)構(gòu)為載體的一類裝備[2]，比如衛(wèi)星載荷、導(dǎo)航等。典型電子裝備由天線、混頻器、處理電路等相關(guān)硬件和軟件組成。涉及知識面廣且專業(yè)性強(qiáng)，在裝備試生產(chǎn)中，對試生產(chǎn)人員的要求較高。

2.2 圖紙的正確性有待檢驗

圖紙是電子裝備生產(chǎn)的基礎(chǔ)。在產(chǎn)品設(shè)計階段，由于產(chǎn)品技術(shù)問題或設(shè)計問題，可能導(dǎo)致產(chǎn)品的圖紙發(fā)生多次的變更，而由于缺乏試制的過程，很難從圖紙識別出存在的問題以及潛在的風(fēng)險，因此需要在試生產(chǎn)中，對圖紙的正確性進(jìn)行充分的檢驗。

2.3 技術(shù)問題未充分暴露

電子裝備通過其研制過程，其主要的技術(shù)問題已經(jīng)得到解決，但是由于研制的產(chǎn)品數(shù)量較少，其測試充分性和全面性可能存在不足等原因，可能導(dǎo)致一些潛在技術(shù)問題，未能在研制中充分暴露出來，或雖暴露但對問題的認(rèn)識不足，未予以整改。而這些問題，都會隨產(chǎn)品帶入到試生產(chǎn)過程，可能給試生產(chǎn)造成較大影響。

2.4 試生產(chǎn)人員排故困難

由于電子裝備的技術(shù)復(fù)雜、涉及的專業(yè)較多，很難在短時間內(nèi)實現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計思想、設(shè)計思路、產(chǎn)品原理深入學(xué)習(xí)，達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)深入的掌握。所以一旦出現(xiàn)異?；蛘吖收蠁栴}，試生產(chǎn)人員需要花費大量時間去分析和排除，延長了生產(chǎn)的制造周期。

2.5 缺乏必要的培訓(xùn)手段

電子裝備交付用戶后，需要對用戶進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。培訓(xùn)一般在固定場所進(jìn)行，由于電子裝備價值較高、體型較龐大，并且需要儀器和供電及對設(shè)備冷卻的環(huán)境，很難在物理實體上開展長期的培訓(xùn)與教學(xué)，并實現(xiàn)全功能、性能的充分性測試與展示。所以如何在不具備實物的條件下，把產(chǎn)品的工作原理、信號流程、電路特性、產(chǎn)品維護(hù)保養(yǎng)等由抽象變成具象，讓用戶學(xué)習(xí)更直觀，更能理解，也是試生產(chǎn)過程中的一個瓶頸。

圖1：某頻率變換電路ADS 仿真圖

圖2：某頻率點混頻前后仿真結(jié)果

圖3：放大濾波電路ADS 仿真圖

圖4：通道特性ADS 仿真結(jié)果圖

3 ADS仿真技術(shù)在試生產(chǎn)中的運用

3.1 快速學(xué)習(xí)產(chǎn)品特性

為了解電子產(chǎn)品的特性，需要對其進(jìn)行測試、分析，通常的方法是直接在產(chǎn)品上開展分析。但當(dāng)產(chǎn)品還未裝配出來，或者儀器設(shè)備缺乏時，可以借助ADS 強(qiáng)大的仿真功能，幫助試生產(chǎn)人員快速了解、掌握產(chǎn)品的性能、特性、工作原理。試生產(chǎn)人員根據(jù)設(shè)計圖紙，可以方便地搭建出ADS 仿真電路，快速了解電路的特性。如某電子設(shè)備，為達(dá)到某指標(biāo)要求，采用了兩次變頻的方案，寄生干擾多，給產(chǎn)品試生產(chǎn)帶來較大的困難。在哪些頻段容易受到干擾。根據(jù)混頻原理，混頻輸出除需要的中頻信號外，還會產(chǎn)生許多不需要的頻率分量（寄生頻率），混頻輸出可用下式表示：

式中，fI…………………………輸出中頻頻率

fL…………………………輸入本振頻率

fR…………………………輸入信號頻率

m、n 為任意整數(shù)，m 代表輸入信號的諧波次數(shù)，n 代表輸入本振的諧波次數(shù)，m、n 的不同組合，可能產(chǎn)生落入到中頻帶寬內(nèi)的干擾信號，影響到接收或發(fā)射系統(tǒng)的工作，在工作頻帶較寬或者采用多次變頻技術(shù)的電子裝備中，這種干擾比較明顯。

利用ADS 仿真技術(shù)，試生產(chǎn)人員很快掌握了該變頻電路的工作原理、變頻特性、寄生干擾等，為生產(chǎn)該產(chǎn)品打下了良好的基礎(chǔ)。

具體方法是，首先建立ADS 仿真圖，如圖1 所示。然后根據(jù)自己想了解的內(nèi)容進(jìn)行仿真。

3.2 驗證設(shè)計圖紙的正確性

圖2 是某頻率點在第1 級混頻前、第1 級混頻后、第2 級混頻后、最后輸出的頻率及其寄生頻率仿真結(jié)果。很清晰的展示了頻率變換的過程。

可見頻率變換過程中產(chǎn)生了寄生干擾頻率，但通過濾波,寄生干擾頻率得到了有效抑制，得到了較干凈的中頻輸出。如果不對寄生干擾頻率進(jìn)行濾除，設(shè)備無法工作。實際測試結(jié)果驗證了仿真的正確性。

可見通過仿真，設(shè)計圖紙的正確性得到了檢驗，技術(shù)問題得到了驗證，裝備試生產(chǎn)人員對電路的性能、特性、工作原理建立了充分的認(rèn)知。

3.3 識別產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)

試生產(chǎn)的產(chǎn)品，由于工藝不成熟，其狀態(tài)與研制產(chǎn)品的狀態(tài)會有區(qū)別，加上元器件生產(chǎn)中本身容許的誤差，會造成試生產(chǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)品與研制產(chǎn)品的狀態(tài)有差異。利用ADS 仿真軟件，可快速了解產(chǎn)品在不同參數(shù)下的狀態(tài)，分析元器件參數(shù)在發(fā)生容許的偏差時，產(chǎn)品特性的分布情況或者產(chǎn)品滿足技術(shù)指標(biāo)的機(jī)率，為試生產(chǎn)人員了解產(chǎn)品特性打下基礎(chǔ)。

圖3 是一種常用的放大濾波電路，如圖4 所示，為無偏差的設(shè)計值通道特性ADS 仿真結(jié)果圖和通過設(shè)置放大器和濾波器的容許偏差以及可接受的增益特性，可得到偏差按高斯分布時的仿真結(jié)果，也就是產(chǎn)品成品率。試生產(chǎn)人員對產(chǎn)品特性有了更深入的掌握。

3.4 排除產(chǎn)品故障

產(chǎn)品若出現(xiàn)問題就要追根溯源，但這面臨兩個方面的問題。一方面要借助專用的儀器，在缺少儀器、設(shè)備分析往往無法開展；另一方面，目前的電子裝備集成度較高，留出的檢測點十分有限，若要判斷故障原因，需要利用相關(guān)知識進(jìn)行綜合判斷，這對試生產(chǎn)人員的知識水平要求較高。利用ADS 仿真技術(shù)，可模擬出電路中某個器件或某個部分發(fā)生故障時電路的輸出特性，模擬出電路的故障，既減少了對專用的儀器、設(shè)備的依賴程度，且不需要搭建專用測試臺，同時也降低了對試生產(chǎn)人員的知識水平的要求。

3.5 在技術(shù)培訓(xùn)應(yīng)用

利用ADS 仿真技術(shù)，在講解電路原理的同時，通過實時改變電路元器件的參數(shù)可同步得出仿真電路的運行過程和輸出特性的仿真曲線，對學(xué)員感興趣的電路進(jìn)行仿真和分析，簡單、直觀，可快速理解產(chǎn)品的工作原理、特性[3]。

4 結(jié)束語

利用ADS 仿真技術(shù)，實現(xiàn)了裝備試生產(chǎn)人員在缺儀器、缺實物等的有限條件下快速熟悉產(chǎn)品，控制試生產(chǎn)過程，從而加快生產(chǎn)進(jìn)行，達(dá)到高效產(chǎn)出的目的。