某型飛機顯示串擾問題淺析

馮小娟，余 杰

FENG Xiao-juan1, YU Jie2

（1.沈陽飛機工業（集團）公司特設處，沈陽 110032；2.中國航天系統科學與工程研究院，北京 100048）

0 引言

綜合航空電子系統又稱航電系統，作為現代戰斗機的重要組成部分將直接關系到戰斗機的作戰性能優劣[1]。顯示控制管理系統是航電系統的重要組成部分和飛機的人機交換的主要接口，負責管理整個系統和控制整個系統信息的交互，是航電系統綜合控制、顯示和管理中心，能夠按照航電系統規范的要求控制各分系統和設備的通斷；通過對操作按鍵和開關信號的采集，能夠按航電系統飛行員操作程序的要求實現對整個航空電子系統的控制和管理，完成飛行引導和作戰任務。其主要功能包括同步控制、信息傳輸、總線控制管理、操作控制管理等[2,3]。

某型某架飛機在接裝通電時，發現右下視顯示器（以下簡稱下顯）存在視頻信號串擾現象，嚴重影響了飛行員對顯示信息的識別[4]。通過對其他同類飛機通電檢查，確認此故障是批次性問題。并進行大量的實驗分析驗證，通過改進徹底解決了某型飛機下顯顯示串擾的批次性質量問題，保證了飛機的批產和轉廠工作的正常進行。

1 故障復現

為解決問題，確保飛機順利完成飛行引導和作戰任務，首先對某型飛機進一步通電檢測，發現下顯顯示串擾現象為：左顯畫面串至中顯，中顯畫面串至右顯，如圖1～圖3所示。

圖1 左中右三下顯顯示畫面

圖2 中顯顯示畫面（串有左顯畫面字符）

2 故障定位

根據故障現象，通過系統分析，發現下顯顯示的畫面來源于顯示控制管理處理機輸出的信號，這個信號由視頻前端（VF）產生。依據視頻前端（VF）的組成結構和工作原理，制定了排故方案：

1）采用替換方法

隔離故障至SRU級，便于進一步分析原因、采取措施。將其他機型同類SRU級模塊，分別換至顯示控制管理處理機中。當更換了DIM模塊后，串擾現象消除。表明，串擾是由DIM模塊引起的。

2）采用逐層簡化設計方法

針對DIM模塊，采用以下屏蔽、截取或嫁接等簡化設計功能的隔離方法，將故障源隔離至某功能電路或某段信號連接線路，縮小問題范圍。

圖4為DIM模塊的功能框圖。

圖3 受到中顯干擾的右顯顯示畫面

圖 4 DIM功能框圖

通過嫁接消除視頻放大及驅動功能，屏蔽外視頻疊加及字符亮度調節控制功能；截斷總線字符數字輸入信號，由EPLD自身產生字符信號。

方法實施后干擾依舊。結果表明：問題范圍縮小至數字接口處理功能（EPLD）的輸入輸出信號線路上。

通過調整故障功能電路進行電路配置參數，對故障連接線段進行屏蔽加轉接方法，盡可能減輕或消除干擾。

3）屏蔽轉接

DIM模塊上數字接口處理功能（EPLD）詳細輸入輸出線路信號如圖5所示，輸入為字符發生器送過來的三路下顯字符數字信號（SYM-R、G、B），輸出為三路下顯的灰度等級選擇碼（MFD-R-A、MFD-B-A、MFD-G-A、MFD-G-E）控制信號。

采用屏蔽轉接試驗方法，逐步查找干擾線段：

編程EPLD，截斷輸入端信號，自身產生灰度等級選擇碼，再逐位屏蔽，查找輸出信號干擾線段。

編程EPLD，恢復輸入信號，再逐位屏蔽，查找輸輸入信號干擾線段。

當左顯MFD1通道輸入信號SYM-R10（圖5中①所示）和輸出信號MFD1-G-A1（圖5中②所示）屏蔽后，左顯干擾中顯顯示故障消除；當中顯MFD2通道輸出信號MFD2-B-A1（圖5中③所示）屏蔽后，中顯干擾右顯顯示故障消除。試驗結果表明：串擾是由這三段線路引起的。

4）故障最終定位

根據試驗表明，顯示串擾的原因是由于顯示控制管理處理機中的顯示驅動模塊（DIM）設計器件布局和走線不合理，局部TTL電平數字信號走線過長，與模擬視頻信號長距離并行走線，產生耦合效應所致，致使某些模擬信號受到了數字信號的干擾，引發串擾。

3 機理分析

DCMP采用模塊化的設計，其視頻前端（VF）由五個SRU模塊：SSGL、RSGL1/2/3、VSM+SYS、DIM形成的組成體，字符及圖形產生由SSGL模塊和RSGL模塊來完成：

SSGL是筆劃式字符發生器，產生HUD的筆劃字符，并輸出差分筆劃顯示信號驅動HUD顯示。同時將HUD字符與CTVS的視頻信號進行疊加處理后送ARLE進行視頻記錄。

RSGL模塊是點陣式字符圖形發生器，共三塊，分別完成MFD1、MFD2和MFD3的字符和圖形產生。

VSM+SYS模塊接收來自CTVS、DTDMS、PDR、OESS等外部視頻源的復合視頻信號，通過視頻矩陣開關選通到不同的顯示通道；編程邏輯產生復合同步信號及行、場同步信號送給字符發生器模塊用于作圖的同步；對三個MFD的彩色差分視頻信號進行復合送ARLE進行視頻數字壓縮和記錄。

DIM模塊采用高速視頻開關完成外視頻信號與字符圖形進行視頻疊加處理與顯示驅動，輸出三路RGB分量差分視頻信號到下視顯示器（MFD1/2/3）顯示。

視頻前端（VIDEO FRONT）負責顯控所有的視頻功能，主要有：

接收飛機上不同視頻信號源的視頻信號，按要求送HUD、MFDs和ARLE顯示與記錄；生成筆劃方式或光柵方式的字符。這些字符可以單獨顯示，也可以迭加到視頻信號上與之同步顯示；為ARLE提供記錄用一平三下視頻信號；同步驅動四個顯示器和一個記錄設備：HUD-筆劃/光柵雙方式顯示。

其中MFD1-彩色光柵液晶顯示；MFD2-彩色光柵液晶顯示；MFD3-彩色光柵液晶顯示。

DIM板在PCB制版布線過程中，由于器件布局不合理，造成TTL電平數字信號走線過長，且未與模擬信號分層隔離，存在與模擬視頻信號長距離并行走線現象，數字信號就會在模擬信號線上產生耦合信號（互感和互容效應）。這種耦合信號會隨信號的擺率大小、平行線的長短而變化。當耦合信號達到一定幅值時，就會在顯示器上看到別的顯示通道印象。

圖5 DIM數字接口處理單元原理框圖

4 解決措施及驗證情況

根據故障原因分析與試驗結果，我們對產生干擾信號的線路做如下改進（如圖6所示）：

1）EPLD邏輯編程，定義新的信號輸入輸出端口：一個輸入SYM-R10-NEW；

兩個輸出MFD1-G-A1-NEW、MFD2-B-A1-NEW。

2）切斷原兩個輸出信號在印制板內的連接線路：

與MFD1-G-A1信號連接的N21、N22、N23、N24四個AD8184器件12號管腳以及與MFD2-B-A1信號連接的N37 （AD8184）器件13號管腳均翹起，脫離印制板焊點。

3）按EPLD新編程的定義引腳端口進行飛線連接：

飛線連接EPLD新編程定義的MFD1-G-A1-NEW信號引腳至N21、N22、N23、N24四個AD8184器件12號管腳上；連接EPLD新編程定義的MFD2-B-A1-NEW信號引腳至N37器件13號管腳；連接EPLD新編程定義的SYM-R10-NEW信號引腳至總線插座J1-A37管腳。

經上述改進措施落實后，對改進措施進行了驗證試驗，結果表明：左顯通道信號經重新定義SYM-R10-N E W、M F D 1-G-A 1-NEW，并飛線處理后，左顯串擾中顯的故障現象消除；中顯通道信號經重新定義M F D 2-B-A1-NEW且飛線處理后，中顯串擾右顯的故障現象消除。

5 結論

經過對故障現象分析及一些列排故試驗，顯示串擾是由于顯示控制管理處理機中的顯示驅動模塊（DIM），在PCB設計時器件布局不合理，局部TTL電平數字信號走線過長，與模擬視頻信號長距離并行走線，產生耦合效應所致。

圖6 DIM更改后背面視圖

故障原因定位準確、機理清楚，針對設計缺陷，采取的改進措施有效、可行。后續生產的DIM模塊需重新制作PCB，減小耦合系數。遵循布局合理、數模隔離、擴大線間距、少走平行線、減少線長和不走環形線等設計原則。

通過以上的工作，徹底解決了某型飛機下顯顯示串擾的批次性質量問題，保證了飛機的批產和轉廠工作的正常進行。

[1] 白劍林,張平定,體衛群,劉鵬.對第四代戰斗機綜合航電系統的構想[J].火力與指揮控制,2006,31(5):1-3.

[2] 劉杲靚.綜合航空電子系統效能評估研究[D].西安:西北工業大學,2007.

[3] 張建東,高曉光,吳勇,等.綜合航電顯控仿真系統的設計與實現[J].火力與指揮控制,2006,31(2):40-43.

[4] 吳昊,陳少昌,王杰玉.高速數字系統的串擾問題分析[J].現代電子技術,2009,32(1):170-173.