范方川

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

0 引言

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

1 電磁環(huán)境效應設(shè)計

1.1 印制電路板設(shè)計

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、可靠型高、優(yōu)良的共模和差模插入損耗輸入， 自失效保護等優(yōu)點，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；對于強干擾源、高敏感電路或芯片，采取加強濾波和屏蔽等措施，最大限度地降低傳導和輻射干擾。 產(chǎn)品的邏輯電路運算速度選擇中低速運行。選用我國自主研發(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)指標和性能要求。 均采用表貼封裝器件，減小寄生效應，減輕重量，更換方便。

1.1.2 PCB分層

經(jīng)過對整體系統(tǒng)的分析，PCB采用4層板布局，布局設(shè)計準則為：信號、地、電源、信號。

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敏感的電子元器件需分區(qū)域布置；（2）低電平級和高電平級的元器件， 應按輸入和輸出方向的順序排列；（3）低功率級和高功率的元器件， 也應按輸入和輸出方向的順序排列；（4）預留一定的空間以便對一些器件采取屏蔽措施；（5）非輻射的電子元器件，應盡量靠近，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離電源電路部分， 并中間放置對電磁敏感度不高的器件做相應的隔離。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，在PCB元器件布局時：電源、模擬小信號、高速信號、時鐘信號和同步信號等關(guān)鍵信號優(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的走線粗細、 線條均勻度，減小大電流強干擾的環(huán)路的面積。 地線分為電源地、模擬地、數(shù)字地，對于低頻信號單點接地，高頻信號多點接地、大面積接地。針對走線設(shè)計，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；對傳輸不同電平和不同電流信號的導線進行分組捆扎，捆扎線之間保持適當?shù)木嚯x，以減少不同導線組之間的相互干擾； 使用絞合屏蔽電纜， 在進線和回線中對輻射干擾較大和較敏感的導線加以屏蔽[2]。

1.1.5 地設(shè)計

接地設(shè)計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， 預防電路之間和外接干擾影響串擾到系統(tǒng)。 PCB走線盡量加寬，以減小地線阻抗，提高電路抗噪能力。敏感信號走線遠離電源走線。輸出地、機殼地進行了分開處理，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)電流大小適當加寬，以盡量減小接地電阻，保持良好的接地性能。 對于低頻信號單點接地，高頻信號多點接地、大面積接地，懸浮地與參考地之間接近一個阻值100KΩ的電阻；以消除靜電積累。

1.2 接地設(shè)計

1.2.1 屏蔽體接地

屏蔽能有效切斷輻射干擾和保護敏感電路，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、導電橡膠襯墊等措施有效減小孔縫處的電磁泄漏，實現(xiàn)整體屏蔽效果。

1.2.2 電源接地

輸入的電源信號地是信號電流流回信號源的低阻抗路徑，設(shè)計時，應將輸入地、輸出地、機殼地進行了分開處理，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)電流大小適當加寬，以盡量減小接地電阻，保持良好的接地性能。 對于低頻信號單點接地，高頻信號多點接地、大面積接地。

1.2.3 設(shè)備接地

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

1.3 搭接設(shè)計

搭接是指兩個金屬部件之間實現(xiàn)低阻抗的電流通路。在任何電氣、電子系統(tǒng)中，從一個小元器件到系統(tǒng)、子系統(tǒng)之間都需要進行搭接，以便提供電源和信號的回路。 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。

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，連接到對應的焊點上。

1.3.2 電流回路搭接

電流回路搭接，對于不同的搭接，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

本系統(tǒng)主要采用“主動屏蔽”設(shè)計，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、導電橡膠襯墊等措施，以有效減小孔縫處的電磁泄漏，實現(xiàn)整體屏蔽效果；機殼孔縫屏蔽采用導電膠完全密封；插座采用加屏蔽的方法，阻斷從插座空隙泄漏電場；燈盒觀察窗后設(shè)計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； 進入機箱的電纜束上套加鐵氧體磁環(huán)，抑制電磁輻射進入屏蔽體內(nèi)。 接地螺栓選用304不銹鋼材質(zhì)，并加導電密封膠與殼體緊密連接。

1.5 濾波設(shè)計

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優(yōu)勢，能對系統(tǒng)電源進行有效濾波。 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，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，縮短屏蔽體外進入屏蔽內(nèi)的走線距離。 輸入端和輸出端引線遠距離布置，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。