機載VGA線纜設計與敷設

劉茜+田偉峰

摘 要 針對機載高頻率VGA視頻信號在線纜傳輸過程中容易受到干擾的問題，分析了VGA視頻信號自身頻譜特性，以及機載電磁環境對信號的干擾因素。為了解決線纜的電磁兼容影響，提高VGA視頻信號的傳輸質量，結合實際的機載環境，提出機載VGA線纜設計與敷設方案。實踐證明，該方案有效地解決了信號電磁兼容問題，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞 機載VGA線纜；VGA視頻信號；干擾；屏蔽；接地

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0051-01

機載電子顯示器是一種重要的機載電子設備，主要用于顯示飛參、雷達、武器試驗等，是飛行員駕駛飛機和飛行試驗重要參考操作平臺。在某新型戰斗機的測試任務中需要將駕駛艙內3路顯示視頻信號同時進行采集記錄，用于實時遙測監控和事后數據分析。由于該型飛機使用先進的機載VGA電子顯示器，其分辨率高、顯示信息多，所以傳輸線纜運載的數據量大。在復雜的機載電磁環境中，高頻率的VGA信號極易受到干擾，造成采集的圖像質量下降和有用信息丟失。因此機載VGA線纜及敷設必需進行抗干擾設計。

1 VGA視頻信號及干擾分析

VGA（VideoGraphicArray）接口是IBM公司于1987年提出的電腦顯示標準。VGA接口是基于模擬信號的視頻接口，有R、G、B、HsYNc、VsYNc、GND共6芯信號組成，其中R、G、B為同軸信號，HsYNc、VsYNc為單芯TTL信號。

1）VGA線纜電磁干擾分析。

VGA線纜為多芯綜合線纜，容易受到各方面因素的干擾。其中主要因素有：信號類型、傳輸方式、頻譜特性；電纜長度、布線形式、屏蔽類型和接地方式等傳輸特性以及源端和負載端的阻抗特性。

VGA線纜束內部中除了信號地線，還有兩種信號類型：R、G、B為高頻數據信號，輸入輸出兩端阻抗為75歐姆；H、V為同步信號，頻率相對較低，兩端阻抗為高阻。VGA視頻信號在傳輸時，由于 R、G、B三原色信號都是非平衡信號，傳輸過程中都會對外發散電波，進而產生相互干擾，也就是串擾。R、G、B信號傳輸速率越高，信號的脈沖前沿越陡，互相串擾就越嚴重。具體表現為圖像白噪聲大，有重影、拉毛等現象。H、V信號被干擾，時序就會發生混亂，導致圖像扭曲、橫滾或翻屏、偏色等現象，嚴重時會導致不能解碼而無法顯示。VGA線纜不宜過長，線纜越長，信號的衰減和電磁耦合現象就越嚴重。

2）機載VGA視頻信號受機載環境影響。

戰斗機內的電子設備、電機、雷達、通信等用電設備繁多，使用的頻譜寬、功率大。線纜的敷設縱橫交錯，在狹小的空間內構成了大量的電流閉合環路，每個環路中的電磁輻射都會形成為一個干擾源，這樣在飛機內部就形成了一個極為強大且復雜電磁干擾環境場。干擾途徑主要有傳導和輻射兩種。傳導干擾是指通過導線的干擾，其耦合途徑分為共阻耦合、電容耦合、電磁耦合和電感耦合。輻射干擾是輻射源通過空間輻射電磁能量而形成的干擾，其耦合分為感應場耦合和輻射場耦合。

高分辨率的機載VGA信號為單端模擬分量信號，自身抗干擾能力較低。在飛機內部，各種線纜需按要求集束綁扎在一起，而線纜間的距離和電磁耦合強度成反比，所以線束敷設和綁扎也會使機載VGA信號受到干擾。由于抽引點和采集設備分別位于不同位置，在穿艙和改裝過程中，機載VGA線纜在整個鏈路上往往被分成為若干段，然后使用連接器進行對接。線纜的整體性遭到破壞，每個對接點都可能成為一個被干擾點。

2 機載VGA線纜設計和敷設

科學合理的設計會顯著提高線纜的傳輸能力、電磁兼容性能。為了保證傳輸的信號質量，有效屏蔽或抑制干擾。機載VGA線纜應該在以下幾個方面進行嚴格要求：材料選擇、屏蔽與接地技術應用、制作工藝和敷設施工質量。

1）材料選擇。

材料的質量和信號傳輸能力是機載VGA線纜的基礎因素。線纜束中R、G、B三色信號為高頻單端信號極易受到各種干擾，所以應選用具有單獨屏蔽層的同軸線纜，阻抗75歐。H、V為同步信號信號頻率較低，可以和GND（信號地）選用單芯線纜；線纜束整體屏蔽層類型為高密編織、導通性能良好的金屬層；插接件和尾附件應選用帶有屏蔽功能的高頻連接器。

2）屏蔽與接地技術應用。

屏蔽類型和接地方式等結構是影響電纜電磁干擾的重要因素。機載VGA視頻線纜為多芯綜合線纜，電磁干擾來源于內外兩個方面，對于外部電磁干擾，應采用屏蔽層屏蔽接地來解決；在線束內部，RGB三原色信號纜排列緊密，相互間容易發生串擾現象。所以，使用同軸纜對信號分別屏蔽可以有效避免內部串擾現象，對線纜束整體實施屏蔽接地可屏蔽外部干擾。

接地是機載設備、線纜的基本技術要求之一，也是電磁兼容性能高低之關鍵因素。因此，接地是電磁兼容性最重要的設計內容，它具有效果突出，經濟性好的優點，是較容易實現但又難于掌握的一種抑制傳導干擾的方法。機載VGA信號頻率高，電路中的電容耦合干擾會使電路形成了實際上的接地環。尤其是傳輸電纜越長，這種分布電容耦合干擾也越顯著。為了有效地保持屏蔽層的地電位，應采取兩點或多點接地的方式。

3）制作工藝和敷設施工質量。

根據機載環境實際情況，線纜的屏蔽層的接地以就近原則，接地線應短、粗確保接地的有效性。線纜敷設以最短距離為原則，減少因線纜過長導致的干擾和損耗。敷設前還應了解、檢測干擾源，敷設時盡量遠離干擾源。機載VGA線纜敷設若經歷穿艙，整個鏈路會分成兩段，將每段線纜兩點接地，可有效應用多點接地技術。

3 結論

大量的理論與工程實踐表明，機載VGA電纜的電磁兼容性是機載環境中最為薄弱的環節之一，機載VGA電纜的設計和敷設是否科學、合理，直接影響到信號傳輸的質量。在我國多架先進戰斗機試飛任務中，使用該設計方案用于機載VGA信號的傳輸，可以有效解決信號干擾問題，取得了良好的應用效果。但隨著機載環境變化和機載VGA信號頻率的不斷增高，隨之帶來的信號干擾問題不可避免，高頻機載VGA信號的傳輸和電磁兼容技術需要依據科學、技術的發展不斷地改進。

參考文獻

[1]陳桂，田學隆，陳南西.ARM嵌入式平臺的VGA接口設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2007（04）.

[2]范金龍，王景中.基于CH7004的嵌入式系統VGA接口設計[J].電子設計工程，2009（09）.

作者簡介

劉茜（1972-），女，漢族，湖南新化人，工程師，主要從事航空改裝和視頻信號處理研究。endprint