電子戰(zhàn)系統(tǒng)中的數(shù)字射頻存儲器（DRFM）應用

電子戰(zhàn)系統(tǒng)通常部署在地面、海面和機載平臺上，以維持在現(xiàn)代戰(zhàn)場上的戰(zhàn)略戰(zhàn)術優(yōu)勢。隨著威脅環(huán)境的發(fā)展，越來越需要在精確制導武器（PGW）中集成先進的電子戰(zhàn)能力，這些平臺對尺寸、重量和功率（SWaP）要求苛刻，給當今的國防微電子行業(yè)帶來了挑戰(zhàn)。對這些SWaP受限的電子戰(zhàn)系統(tǒng)，已經(jīng)掌握了生產出高性能、小型化和堅固型的射頻元件和模塊的相關技術。

電子戰(zhàn)系統(tǒng)通常部署在地面、海面和機載平臺上，在現(xiàn)代戰(zhàn)場上提供戰(zhàn)略和戰(zhàn)術優(yōu)勢，同時，現(xiàn)代軍事力量繼續(xù)從常規(guī)武器向精確制導彈藥和具有增強打擊能力的導彈發(fā)展。對應的，對手則是轉向使用電子攻擊技術來破壞導航和精確制導武器的制導系統(tǒng)，從而減少其功效，使其與20世紀上半葉使用的常規(guī)武器類似。

數(shù)字射頻存儲器（DRFM）

為了應對這種新興的電子攻擊威脅，從地面、海面和空中平臺發(fā)展來的的電子保護微電子學必須改變，須足夠緊湊和堅固，大大縮小尺寸以適應PGW，實現(xiàn)這一目標需要數(shù)字射頻存儲器設計的觀念發(fā)生根本性轉變，以將電子戰(zhàn)裝備嵌入到現(xiàn)代PGW的極為有限的空間中。

這些高度小型化的模塊，像手掌般大小，非常適合在那些常規(guī)DRFM太大而無法應用的導彈和精確制導武器中應用。

典型DRFM設計的模擬元件占據(jù)了分配的大多數(shù)設計空間，微型DRFM只能通過在縮小模擬電路的同時提供在最苛刻的預期作戰(zhàn)環(huán)境下的堅固性，基于彈藥和其特定特征作戰(zhàn)環(huán)境可能會有很大變化。

DRFM模塊必須設計成能夠承受高頻機械振動，發(fā)射期間的高加速度，極端熱沖擊，以及暴露在濕氣、鹽水或腐蝕性的環(huán)境，僅僅解決這些挑戰(zhàn)之一都是一項復雜的任務，而同時解決所有這些要求，DRFM架構師需要完全重新考慮模擬電路的設計方法。

多芯片模塊（MCM）可同時實現(xiàn)這些要求，如圖1所示，這是MCM設備的一個例子，通過三個以上方面提高了小型化程度。

圖1 射頻MCM可同時實現(xiàn)DRFM的小型化和加固

射頻MCM設備的底部是一個球柵陣列（BGA），通過焊錫球為印刷電路板（PCB）傳輸電源和所需信號，PCB材料通過謹慎選擇以平衡結構強度以及在空間狹窄情況下的散熱要求，盡可能選擇裸模器件以盡可能使電路小型化。

但是，這也帶來成本增加和可制造性降低的后果，在工程化設計這一原則下，利用工程化資源可以最大的克服后者帶來的風險，然后，即使在最佳情況下，并非所有裸模器件也都可以集成，需要混裝制造技術來生產高可靠性的MCM設備。

DRFM模塊的數(shù)字處理元件比射頻模擬電路元件數(shù)量少的多，可小型化的可能性更小，且數(shù)字處理元件的尺寸受商業(yè)組件封裝的限制，一方面，設計師可以利用三維包裝技術，來減少二維平面陣列的DRAM模塊的管腳數(shù)量。

在高速DDR4內存模塊中DRAM模塊占75％，當嵌入到單個BGA設備中時，最終的封裝可提供在極端環(huán)境條件下的可靠性優(yōu)勢，三維封裝技術使用硅通孔進一步提高了未來SWaP進一步發(fā)展的期望，但是該技術具有尚未達到相應的成熟度水平，以滿足軍方對散熱和機械強度的要求。

小型化DRFM

在空間狹小的環(huán)境中使用的DRFM模塊的設計人員一般將其設計空間視為二維平面，通常很少注意第三維， 應用于PGW的小型DRFM對空間要求非常嚴格，需要將所有可用體積視為可用的設計空間，垂直堆疊和多層印刷電路板的互連幾乎將所有可用物理空間進行利用，如圖2所示。但是，在如此狹窄的地方，設計師現(xiàn)在必須考慮板間信號的相互作用，同時也要確保整體電子封裝的機械強度。

由于DRFM微電子組件被分配給垂直堆疊的單個印刷電路板，因此模塊化的概念變得非常重要，如果使用組件，完成同一功能的組件在集成在同一塊板上可實現(xiàn)最大的空間利用效率。

例如，所有數(shù)字組件都已放在圖2中的一塊板上，而模擬電路位于另一個單獨的板上。模塊化還提供了其他好處，將數(shù)字處理模塊與噪聲敏感的RF電路分隔開可以天然的實現(xiàn)整個接收鏈路更高的性能。

此外，如果性能受限器件–例如模數(shù)轉換器（ADC）或現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）–由制造商進行了升級，模塊化可在重復使用時不進行設計更改即可實現(xiàn)快速升級，此外，模塊化能及早發(fā)現(xiàn)并解決制造缺陷，否則在對完全組裝的DRFM進行最終測試之前，這些缺陷都不會被發(fā)現(xiàn)。

圖2 具有模擬和數(shù)字功能的常規(guī)DRFM設備

空間限制和任務概況將決定需要在設計中進行哪些取舍以優(yōu)化整體系統(tǒng)性能。例如，如果任務需要實現(xiàn)更高的動態(tài)范圍，則需要稍微擴大堆疊的DRFM模塊的尺寸，因為更大的外形尺寸更適合解決增加動態(tài)范圍所需功耗而帶來的散熱問題。

與傳統(tǒng)的DRFM模塊有望具有多年的使用壽命不同，針對PGW定制設計的DRFM模塊只需在作戰(zhàn)環(huán)境中使用幾分鐘，在完成任務即被自然銷毀了，由于使用壽命極短，PGW的DRFM可以運行在非常高的功率水平下–遠遠超出了常規(guī)設計和使用的DRFM –從而需要提供短途飛行中有效的電子保護能力。

由于數(shù)字化電路工作電壓較低，因此這種高功率要求使整個系統(tǒng)的電源設計復雜化，即DRFM系統(tǒng)電源必須在高電流和低電壓下運行，并且要求噪聲水平非常低。

武器系統(tǒng)的微電子部件的射頻性能與處理復雜性必將持續(xù)提升，以應對現(xiàn)代威脅環(huán)境的演變，微電子的小型化和堅固性將不足以應對，從模塊化和全系統(tǒng)優(yōu)化出發(fā)，微電子產品必須針對現(xiàn)實用例場景專門設計。

保持戰(zhàn)略和戰(zhàn)術優(yōu)勢需要國防體系繼續(xù)依托商業(yè)技術的進步，部署創(chuàng)新和可升級的微電子平臺。