文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2015.11.018
中文引用格式： 王軍旗，朱振華，王天亮. 衛星多通道遙測選通電路抗串擾設計[J].電子技術應用，2015，41(11)：65-66，69.
英文引用格式： Wang Junqi，Zhu Zhenhua，Wang Tianliang. Design of anti-crosstalk circuit on satellite multichannel telemetry switch[J].Application of Electronic Technique，2015，41(11)：65-66，69.
0 引言
衛星無線電測控包括跟蹤測軌、遙測、遙控[1]。在電路設計上，衛星各單機模擬量遙測連接到多通道遙測選通電路，由星載計算機發送采樣地址選擇相應的通道進行A/D轉換。由于模擬量遙測數量較大，通道選擇開關多采用級聯形式，其中，某型號氣象衛星就采用了級聯形式通道選擇開關。在該衛星型號電測試過程中，光纖陀螺1為正常關機狀態，其角速度遙測原碼顯示為0x0D。針對關機模擬量遙測不為0的問題，本文進行了測試與電路分析，并提出了多通道遙測選通電路抗串擾設計方案。
1 多通道遙測選通電路
多通道遙測選通采樣地址定義如表 1所示。
多通道遙測選通電路如圖 1所示。
在接收到采樣地址后，第一級多路開關輸出16路模擬量遙測至第二級多路開關。第二級多路開關完成第一級多路開關選通的16路模擬量遙測的單路選通，實現模擬量遙測與采樣地址的通道對應。
2 多通道遙測選通電路型號應用及分析
2.1 多通道遙測選通電路型號應用
某型號氣象衛星要求多路開關具備256通道選通能力，采用了圖 1的多通道遙測級聯選通電路。在正常測試條件下，模擬量遙測選通、采集精度均符合分系統設計要求。在光纖陀螺關機測試條件下，光纖陀螺角速度遙測出現了與設計結果不一致的現象，如表 2所示。
光纖陀螺1角速度遙測SAK1采樣地址為0x10BE，使用示波器測到0x10BE采樣地址對應通道的模擬量遙測電壓存在階躍跳變現象，如圖 2所示，該跳變導致關機條件下光纖陀螺角速度不為0。使用示波器測到采樣地址0x***E均造成對應通道的模擬量遙測電壓SAK1出現階躍跳變現象，圖 3為發送采樣地址0x124E時SAK1遙測電壓跳變現象。
使用示波器同時測試SAK1~SAK3模擬量遙測電壓，測試結果如圖 4所示。同時，使用示波器測試SAK1模擬量遙測電壓跳變頻率，如圖 5所示。測試結果表明，SAK1遙測通道電壓跳變頻率大于遙測采集頻率；SAK1~SAK3均存在遙測通道串擾現象，其串擾電壓不同造成了SAK1~SAK3測試原碼不一致。
2.2 多通道遙測選通電路串擾分析
串擾是指當信號在傳輸線上傳輸時，因電磁場而對相鄰的傳輸線產生的不期望的干擾電壓或電流噪聲。信號線之間的耦合是由互感耦合或互容耦合引起的，按照產生機理分為電感耦合和電容耦合，按串擾在干擾線上產生的位置分為前向串擾與后向串擾[2]。文獻[3]研究結果表明：對于發射線來講，低頻時，終端電壓相應與干擾線頻率成正比關系；高頻時，耦合電壓相應隨頻率出現振動現象。
線間串擾的大小除了與頻率相關外，還與終端電阻相關。連接電阻元件可以使電場分量迅速衰減，同時會改變原系統的諧振頻率[3-4]，匹配的電阻值能夠減小串擾電壓[2]。在終端開路條件下，由于第一級多路開關產生的瞬時電壓造成了相應的遙測通道的串擾，因此終端連接電阻可以減小串擾的幅度。
某型號氣象衛星遙測選通電路串擾發生在第一級多路開關切換時，瞬時開關產生的高頻分量導致模擬量遙測通道間串擾現象的發生；光纖陀螺角速度遙測采用運放接口電路，在關機條件下，其輸出阻抗為∞（等效為開路狀態）。圖 1多通道遙測級聯選通電路在設計上無法避免線間串擾的產生。
3 多通道遙測選通電路抗串擾設計方案
針對多通道遙測選通電路容易造成串擾的缺點，抗串擾設計方案包括優化多路開關級聯方式和改變關機條件下模擬量遙測輸出阻抗兩個方面。第一級多路開關（D1~D16）的瞬時導通造成了信號線間的串擾，通過增加1個使能譯碼器可以實現第一級多路開關僅有1路輸出。并聯對地電阻可以改變運放在關機條件的開路狀態，并可以減小開關選通造成的線間串擾。模擬量遙測運放輸出接口優化電路如圖 6所示。
容性負載對串擾電壓的影響大于感性負載，匹配的電阻值能夠減小串擾電壓[2]。因此，衛星模擬量遙測下拉電阻阻值應與傳輸線特征阻抗相匹配。衛星模擬量遙測傳輸線采用20#電纜（直徑0.813 mm），經計算該類型傳輸線特征阻抗約為100 Ω。衛星模擬量遙測下拉電阻阻值可以選用為100 Ω。
按照上述優化方案，對某氣象衛星多通道遙測選通電路進行了更改與測試，測試內容包括多通道遙測選通電路輸入電壓和遙測采集結果。測試結果表明，多路開關間未出現明顯串擾現象，在關機狀態，遙測采集電壓顯示為0。綜上，衛星多通道遙測選通電路抗串擾設計解決了遙測通道間串擾問題。
4 結論
衛星多通道遙測選通電路抗串擾設計方案首先優化了級聯方式多路開關的使用，可以解決第一級多路開關同時選通多路遙測造成的線間串擾問題。衛星多通道遙測選通電路抗串擾設計同時優化了模擬量遙測運放輸出接口電路，可以通過匹配電阻減小模擬量遙測傳輸線間串擾電壓。在衛星測試過程中，衛星多通道遙測選通電路抗串擾設計方案可以避免由于串擾造成的遙測參數的誤判，對優化衛星模擬量遙測電路設計、提高模擬量遙測測試精度具有一定的應用價值。
[1] 徐福祥.衛星工程[M].北京：中國宇航出版社，2004.
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[3] 俞集輝，鄒志星，李永明，等.導線電磁干擾的數值仿真[J].重慶大學學報（自然科學版），2007，30(9)：46-50.
[4] 孔德升，馬秀榮，白媛，等.防護線端接方式對抑制串擾性能的研究[J].科學技術與工程，2013，13(34).