科普：數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）
為了應(yīng)對這種新興的電子攻擊威脅，從地面、海面和空中平臺(tái)發(fā)展來的的電子保護(hù)微電子學(xué)必須改變，須足夠緊湊和堅(jiān)固，大大縮小尺寸以適應(yīng)PGW，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要數(shù)字射頻存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的觀念發(fā)生根本性轉(zhuǎn)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(yīng)用的導(dǎo)彈和精確制導(dǎo)武器中應(yīng)用。
典型DRFM設(shè)計(jì)的模擬元件占據(jù)了分配的大多數(shù)設(shè)計(jì)空間，微型DRFM只能通過在縮小模擬電路的同時(shí)提供在最苛刻的預(yù)期作戰(zhàn)環(huán)境下的堅(jiān)固性，基于彈藥和其特定特征作戰(zhàn)環(huán)境可能會(huì)有很大變化。
DRFM模塊必須設(shè)計(jì)成能夠承受高頻機(jī)械振動(dòng)，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(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，而同時(shí)解決所有這些要求，DRFM架構(gòu)師需要完全重新考慮模擬電路的設(shè)計(jì)方法。
多芯片模塊（MCM）可同時(shí)實(shí)現(xiàn)這些要求，如圖1所示，這是MCM設(shè)備的一個(gè)例子，通過三個(gè)以上方面提高了小型化程度。
圖1 射頻MCM可同時(shí)實(shí)現(xiàn)DRFM的小型化和加固
射頻MCM設(shè)備的底部是一個(gè)球柵陣列（BGA），通過焊錫球?yàn)橛∷㈦娐钒澹≒CB）傳輸電源和所需信號(hào)，PCB材料通過謹(jǐn)慎選擇以平衡結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)，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(shù)來生產(chǎn)高可靠性的MCM設(shè)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(shè)計(jì)師可以利用三維包裝技術(shù)，來減少二維平面陣列的DRAM模塊的管腳數(shù)量。
在高速DDR4內(nèi)存模塊中DRAM模塊占75％，當(dāng)嵌入到單個(gè)BGA設(shè)備中時(shí)，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(shù)使用硅通孔進(jìn)一步提高了未來SWaP進(jìn)一步發(fā)展的期望，但是該技術(shù)具有尚未達(dá)到相應(yīng)的成熟度水平，以滿足軍方對散熱和機(jī)械強(qiáng)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(shè)計(jì)人員一般將其設(shè)計(jì)空間視為二維平面，通常很少注意第三維， 應(yīng)用于PGW的小型DRFM對空間要求非常嚴(yán)格，需要將所有可用體積視為可用的設(shè)計(jì)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(jìn)行利用，如圖2所示。但是，在如此狹窄的地方，設(shè)計(jì)師現(xiàn)在必須考慮板間信號(hào)的相互作用，同時(shí)也要確保整體電子封裝的機(jī)械強(qiáng)度。
由于DRFM微電子組件被分配給垂直堆疊的單個(gè)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(shí)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(gè)單獨(dú)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(shí)現(xiàn)整個(gè)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(zhuǎn)換器（ADC）或現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）–由制造商進(jìn)行了升級，模塊化可在重復(fù)使用時(shí)不進(jìn)行設(shè)計(jì)更改即可實(shí)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(jìn)行最終測試之前，這些缺陷都不會(huì)被發(fā)現(xiàn)。
空間限制和任務(wù)概況將決定需要在設(shè)計(jì)中進(jìn)行哪些取舍以優(yōu)化整體系統(tǒng)性能。例如，如果任務(wù)需要實(shí)現(xiàn)更高的動(dòng)態(tài)范圍，則需要稍微擴(kuò)大堆疊的DRFM模塊的尺寸，因?yàn)楦蟮耐庑纬叽绺m合解決增加動(dòng)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(shè)計(jì)的DRFM模塊只需在作戰(zhàn)環(huán)境中使用幾分鐘，在完成任務(wù)即被自然銷毀了，由于使用壽命極短，PGW的DRFM可以運(yùn)行在非常高的功率水平下–遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了常規(guī)設(shè)計(jì)和使用的DRFM –從而需要提供短途飛行中有效的電子保護(hù)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(gè)系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)復(fù)雜化，即DRFM系統(tǒng)電源必須在高電流和低電壓下運(yùn)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(fù)雜性必將持續(xù)提升，以應(yīng)對現(xiàn)代威脅環(huán)境的演變，微電子的小型化和堅(jiān)固性將不足以應(yīng)對，從模塊化和全系統(tǒng)優(yōu)化出發(fā)，微電子產(chǎn)品必須針對現(xiàn)實(shí)用例場景專門設(shè)計(jì)。
保持戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢需要國防體系繼續(xù)依托商業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，部署創(chuàng)新和可升級的微電子平臺(tái)。