直升機(jī)座艙調(diào)光控制設(shè)備電磁環(huán)境效應(yīng)設(shè)計(jì)

范方川

（昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，江西 景德鎮(zhèn) 333002）

0 引言

隨著直升機(jī)座艙設(shè)備數(shù)量及種類的不斷增加，座艙的電磁環(huán)境日益復(fù)雜， 在這種復(fù)雜的電磁環(huán)境中，減少相互間的電磁騷擾，使調(diào)光控制設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)是重中之重。本文簡(jiǎn)要介紹調(diào)光控制設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)[1]方案和技巧。

1 電磁環(huán)境效應(yīng)設(shè)計(jì)

1.1 印制電路板設(shè)計(jì)

1.1.1 元器件選型

（1）電源部分：選用的直流濾波器、電源轉(zhuǎn)換輸出模塊具有小體積、低功耗、帶載能力強(qiáng)、可靠型高、優(yōu)良的共模和差模插入損耗輸入， 自失效保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，最大可承受80 V/100 ms浪涌沖擊，8～40 V寬電源輸入范圍，全面滿足相關(guān)要求。對(duì)航空、航天等領(lǐng)域供電輸入端瞬態(tài)浪涌抑制具有顯著的效果。已被眾多航空電子設(shè)備廣泛采用。

（2）控制、通信部分：在元器件選取方面，多采用集成電路，以減小干擾環(huán)路面積，降低干擾；對(duì)于強(qiáng)干擾源、高敏感電路或芯片，采取加強(qiáng)濾波和屏蔽等措施，最大限度地降低傳導(dǎo)和輻射干擾。 產(chǎn)品的邏輯電路運(yùn)算速度選擇中低速運(yùn)行。選用我國(guó)自主研發(fā)的軍用微處理器和通訊芯片及接口芯片電路。滿足軍用電子產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)和性能要求。 均采用表貼封裝器件，減小寄生效應(yīng)，減輕重量，更換方便。

1.1.2 PCB分層

經(jīng)過對(duì)整體系統(tǒng)的分析，PCB采用4層板布局，布局設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：信號(hào)、地、電源、信號(hào)。

1.1.3 PCB布局規(guī)劃

考慮電子元器件的布局主要是減小設(shè)備內(nèi)部各區(qū)域電子元器件互相騷擾的影響和走線綁線的合理性，作為PCB布局規(guī)劃常規(guī)的原則，主要有：

（1） 容易產(chǎn)生騷擾的電子元器件和相對(duì)敏感的電子元器件需分區(qū)域布置；（2）低電平級(jí)和高電平級(jí)的元器件， 應(yīng)按輸入和輸出方向的順序排列；（3）低功率級(jí)和高功率的元器件， 也應(yīng)按輸入和輸出方向的順序排列；（4）預(yù)留一定的空間以便對(duì)一些器件采取屏蔽措施；（5）非輻射的電子元器件，應(yīng)盡量靠近，減小公共地阻抗耦合， 使用較大的平面來減小地線的阻抗；（6）盡量減小電流回路面積。

電源浪涌抑制器、濾波器等電源電路部分，靠近電源輸入端。 微處理器和通信模塊最大距離遠(yuǎn)離電源電路部分， 并中間放置對(duì)電磁敏感度不高的器件做相應(yīng)的隔離。帶有發(fā)熱性的元件安裝在殼體上。質(zhì)量超過15 g的電源模塊采用支架與外殼固定。 PCB板外形采用矩形，電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣為3 mm。 模擬電路單元和數(shù)字電路單元分區(qū)域，分敏感度排布。

1.1.4 PCB布線

選用四層板設(shè)計(jì)，在PCB元器件布局時(shí)：電源、模擬小信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線。 考慮關(guān)鍵器件和重要器件的布局，注意大電流和易受干擾敏感信號(hào)的走線粗細(xì)、 線條均勻度，減小大電流強(qiáng)干擾的環(huán)路的面積。 地線分為電源地、模擬地、數(shù)字地，對(duì)于低頻信號(hào)單點(diǎn)接地，高頻信號(hào)多點(diǎn)接地、大面積接地。針對(duì)走線設(shè)計(jì)，采取了以下措施：設(shè)備內(nèi)部各種裸露走線工藝設(shè)置盡量短；對(duì)傳輸不同電平和不同電流信號(hào)的導(dǎo)線進(jìn)行分組捆扎，捆扎線之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x，以減少不同導(dǎo)線組之間的相互干擾； 使用絞合屏蔽電纜， 在進(jìn)線和回線中對(duì)輻射干擾較大和較敏感的導(dǎo)線加以屏蔽[2]。

1.1.5 地設(shè)計(jì)

接地設(shè)計(jì)的目的是使接地阻抗最小化。 PCB中的模擬地、數(shù)字地和輸入輸出信號(hào)參與的地，回系統(tǒng)地或最終地之間都通過磁珠和0歐姆電阻連接， 預(yù)防電路之間和外接干擾影響串?dāng)_到系統(tǒng)。 PCB走線盡量加寬，以減小地線阻抗，提高電路抗噪能力。敏感信號(hào)走線遠(yuǎn)離電源走線。輸出地、機(jī)殼地進(jìn)行了分開處理，可增加地環(huán)路阻抗，減少地環(huán)路干擾。 印制電路板地線根據(jù)電流大小適當(dāng)加寬，以盡量減小接地電阻，保持良好的接地性能。 對(duì)于低頻信號(hào)單點(diǎn)接地，高頻信號(hào)多點(diǎn)接地、大面積接地，懸浮地與參考地之間接近一個(gè)阻值100KΩ的電阻；以消除靜電積累。

1.2 接地設(shè)計(jì)

1.2.1 屏蔽體接地

屏蔽能有效切斷輻射干擾和保護(hù)敏感電路，我們選用了鋁合金殼體結(jié)構(gòu)，殼體蓋板、插座和殼體連接部位采用金屬絲網(wǎng)襯墊、導(dǎo)電橡膠襯墊等措施有效減小孔縫處的電磁泄漏，實(shí)現(xiàn)整體屏蔽效果。

1.2.2 電源接地

輸入的電源信號(hào)地是信號(hào)電流流回信號(hào)源的低阻抗路徑，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將輸入地、輸出地、機(jī)殼地進(jìn)行了分開處理，這樣可增加地環(huán)路阻抗，減少地環(huán)路干擾。 PCB板地線根據(jù)電流大小適當(dāng)加寬，以盡量減小接地電阻，保持良好的接地性能。 對(duì)于低頻信號(hào)單點(diǎn)接地，高頻信號(hào)多點(diǎn)接地、大面積接地。

1.2.3 設(shè)備接地

為了減小接地電阻，在殼體適當(dāng)結(jié)構(gòu)處設(shè)計(jì)有接地螺栓[3]。 選用接地專用電纜壓接接線卡與機(jī)殼接地螺栓連接，保證低電阻連接，可靠連接。

1.3 搭接設(shè)計(jì)

搭接是指兩個(gè)金屬部件之間實(shí)現(xiàn)低阻抗的電流通路。在任何電氣、電子系統(tǒng)中，從一個(gè)小元器件到系統(tǒng)、子系統(tǒng)之間都需要進(jìn)行搭接，以便提供電源和信號(hào)的回路。 搭接是控制電磁騷擾的重要措施，搭接質(zhì)量的好壞是衡量系統(tǒng)電磁兼容性能額定重要指標(biāo)。

1.3.1 天線及濾波器搭接

安裝濾波器采用直接搭接方法。用壓力壓接方式使濾波器與屏蔽體可靠連接。輸入和輸出線通過焊接的形式，連接到對(duì)應(yīng)的焊點(diǎn)上。

1.3.2 電流回路搭接

電流回路搭接，對(duì)于不同的搭接，搭接電阻值具有不同的要求。用于降低噪聲的信號(hào)參考地系統(tǒng)的搭接電阻不小于50 mΩ。

1.3.3 防射頻干擾搭接

防射頻干擾搭接主要分為設(shè)備屏蔽體接地搭接和電纜金屬屏蔽層接地搭接。屏蔽體接地搭接采用壓力搭接方式，把壓有接線端子的接地線與設(shè)備屏蔽體上的接地螺釘連接。電纜金屬屏蔽層接地搭接用電連接器卡箍與金屬屏蔽層壓力搭接。

1.4 屏蔽設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要采用“主動(dòng)屏蔽”設(shè)計(jì)，選用了鋁合金殼體結(jié)構(gòu)，殼體蓋板、插座和殼體連接部位采用金屬絲網(wǎng)襯墊、導(dǎo)電橡膠襯墊等措施，以有效減小孔縫處的電磁泄漏，實(shí)現(xiàn)整體屏蔽效果；機(jī)殼孔縫屏蔽采用導(dǎo)電膠完全密封；插座采用加屏蔽的方法，阻斷從插座空隙泄漏電場(chǎng)；燈盒觀察窗后設(shè)計(jì)0.5 mm厚鋁板與前面板殼體緊密連接，阻斷從窗口輻射入或者發(fā)射出的電磁信號(hào)； 進(jìn)入機(jī)箱的電纜束上套加鐵氧體磁環(huán)，抑制電磁輻射進(jìn)入屏蔽體內(nèi)。 接地螺栓選用304不銹鋼材質(zhì)，并加導(dǎo)電密封膠與殼體緊密連接。

1.5 濾波設(shè)計(jì)

1.5.1 電源濾波器的選型

本次系統(tǒng)選用Magic品牌的M型系列直流濾波器。M系列直流濾波模塊擁有業(yè)界最大功率密度和體積的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，能對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行有效濾波。 該產(chǎn)品具有寬電源輸入范圍、體積小、低功耗、高可靠性特點(diǎn)，可提供良好的共模、差模插入損耗，已被眾多航空、航天電子設(shè)備廣泛采用。 電氣參數(shù)大致為：絕緣電阻最小100MΩ； 在測(cè)試頻率500kHz的條件下插入損耗40dB；額定工作電壓28VDC，最大能到50VDC。

1.5.2 電源濾波器的安裝方式

本系統(tǒng)的EMI電源濾波器安裝在輸入電源最近的位置，縮短屏蔽體外進(jìn)入屏蔽內(nèi)的走線距離。 輸入端和輸出端引線遠(yuǎn)距離布置，各種引線縮短距離，防止感抗與容抗在某頻率上形成諧振特性和在線上形成耦合干擾。