直升機座艙調光控制設備電磁環(huán)境效應設計

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，使調光控制設備正常運轉是重中之重。本文簡要介紹調光控制設備的電磁兼容設計[1]方案和技巧。

1 電磁環(huán)境效應設計

1.1 印制電路板設計

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，全面滿足相關要求。對航空、航天等領域供電輸入端瞬態(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備內部各區(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鍵信號優(yōu)先布線。 考慮關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。針對走線設計，采取了以下措施：設備內部各種裸露走線工藝設置盡量短；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 地設計

接地設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構，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 設備接地

為了減小接地電阻，在殼體適當結構處設計有接地螺栓[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 屏蔽設計

本系統(tǒng)主要采用“主動屏蔽”設計，選用了鋁合金殼體結構，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。 接地螺栓選用304不銹鋼材質，并加導電密封膠與殼體緊密連接。

1.5 濾波設計

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。