fpga综述作业new

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1、电子系统抗振性设计1引言电子设备在振动环境下，由于振动的疲劳效应及共振现象，可能出现电性能下降、零部件失效、疲劳损伤甚至破坏的现象。据统计，在引起机载（弹载）电子设备失效的环境因素中，振动因素约占27%。所以，对结构进行优化设计，提高设备的抗振动能力，是保证产品性能和可靠性的重要手段。电子设备受到振源传输来的强迫振动，不同的振源、不同的振动环境，对产品的影响是不相同的。车载设备及运输中的振动环境是中低频的随机振动，垂直方向的振动占优势，水平方向的振动量值远小于铅垂轴。在喷气式飞机及导弹上，其振源是发动机和气动扰流，以及着陆、滑行时机体的振动，其振动

2、环境是宽带随机振动，垂直方向与水平方向的激励量值相当。舰船的主要振源是螺旋桨产生的低频周期振动。一般来说，为了避免共振现象，电子设备的固有频率应避开振动激励的频率，两者比值应大于2.5，称其为倍频法则。但在宽带振动环境中，这是做不到的，只能做到降低共振峰值、传递率和相关耦合率。因此，需要对系统及内部构件的固有频率和模态进行分析，来优化结构设计。2具体抗振性设计（1）电子设备的加固设计电子设备的加固设计应遵循层次结构和二倍频规则。如：电子设备机柜，机架为主层次结构，插箱为次层结构，则安装在插箱内的印制板、电源模块等设备则为第三层次结构，按线性系统振动

3、理论，下层次结构的一阶固有频率与其安装的上层次的一阶固有频率的比值β=fi+1/fi≥2，则其基础的激振力不放大，此时可将这两个层次结构视为刚性连接。这就是倍频法则，在此情况下各层次结构可保证不发生局部共振。但实际上实现所有层次结构频率比β≥2在工程上很难，一般取β≥1.5。此时，局部共振的放大因子λ必须满足λ≤3的要求。下面分别讨论这几个层次的刚性设计。（1）机柜的刚性设计机柜是设备的承载体，一般包括上下围框和与之相联的四根立柱，立柱一般有铝型材立柱和钢型材及钢板折弯等形式，各分机通过钢质导轨与机架相连。可见，机架立柱的刚性好坏直接影响到机架的刚

4、强度大小，首先选择合理的截面形状和尺寸，从材料力学知道，构件的材料一定时，则抗扭刚度，抗弯刚度取决于构件的截面形状和尺寸，同等截面积的情况下，空心截面立柱的刚度几十倍于实心立柱的刚度，另外，增加壁缘也可有效提高刚度，因此在满足结构要求、工艺性、重量指标的情况下，选择截面惯性矩较大的截面形状，是提高弯曲刚度的有效措施。其次，提高机柜各部分的连接刚度，一般车载机柜立柱与上下围框采用螺栓联接，只是同等焊接连接效果的1/3，为了提高机柜的联接刚度，应加强左、右侧板、面板与框架的连接刚度。侧板应有加强筋，螺钉的直径、数量、布局方式应有利于结构加强。（2）插箱

5、的抗振设计插箱一般通过导轨、面板和机架相连，导轨选用高强度结构，作为横跨机柜两侧立柱之间，增大了机柜前后向刚度。同时为防止导轨、插箱调好后在振动、冲击时发生窜动，采用打止动螺钉结构。插箱底板是电子设备的安装平台，一般底板采用薄钢板打弯或中厚铝板材料，可能的情况下增加限位措施(如安装螺钉等)可减少自由振动面积，另外，增加壁厚(由抗弯刚度公式I=bh3/12，其中h为板厚)可成倍提高抗弯刚度，有效提高其固有频率。（1）印制板的刚度设计缩小印制板的外形尺寸，可以提高其固有频率，另外，增加板厚固有频率也会增大，所以缩小印制板的尺寸，增大板厚，改善板的支承条

6、件，都可以有效地提高其固有频率。（2）隔振系统设计当刚性连接的机箱、机柜等无法满足环境试验要求时，可采用隔振缓冲系统，在大多数情况下是为了通过隔振系统降低设备受到的振动冲击激励量值。即属于被动隔振。2.1机柜底部隔振器选择理想的隔振器应该是使隔振系统的固有频率低，有可变的阻尼特性，即在系统的共振区有较大阻尼，使系统不会发生共振放大，而在隔振区有较小的阻尼，使系统具有良好的隔振频率，而且抗冲击和稳定性要好。在我们以往工程中，经常使用的JF型隔振器，如JF-60型，其固有频率24Hz，如果机柜底部安装4个对称布置的隔振器，不可避免地会引起设备共振，对于

7、某些使用环境比较恶劣，系统可靠性指标要求较高的情况下，应考虑采用低固有频率、无共振放大的无谐振峰隔振器。东南大学生产的GWF型库仑阻尼型金属隔振器，其固有频率fn约为5Hz，略大于3.5Hz，因为有阻尼存在，所以满足要求，另外它采用刚度拟合技术和库仑阻尼技术，具有低固频，无共振放大并可兼顾缓冲特性，能较好地满足GJB150-86有关振动和冲击试验要求。2.2机柜背部隔振器选择一般车载电子设备机柜受到的角加速度较大。同时，底部承载隔振器对于水平方向的刚度都较弱，因而都须加上背部隔振器以加强隔振缓冲系统的水平刚度。选用背部隔振器应遵循的原则：1）背架隔

8、振器的垂向刚度应近似为0。2）水平刚度应关于机柜静平衡位置对称，以消除耦联共振。3）背架隔振器应与底部隔振器刚度阻尼特性相