某車載夜視儀EMC 整改分析

余曉梅

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，成都 610000）

引言

在軍用設(shè)備相關(guān)領(lǐng)域，目前最常用的標(biāo)準(zhǔn)是GJB 151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了適用于不同軍種的設(shè)備和分系統(tǒng)的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試方法、測(cè)試要求等，本文重點(diǎn)分析了某車載夜視儀依據(jù)GJB 151B 陸軍地面類設(shè)備進(jìn)行的CS116 10 kHz~100 MHz 電纜和電源線阻尼正弦瞬態(tài)傳導(dǎo)敏感度和RE102 10 kHz~18 GHz電場(chǎng)輻射發(fā)射測(cè)試項(xiàng)目，通過對(duì)CS116 和RE102 的測(cè)試分析，提出了整改措施，并進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。

1 受試設(shè)備及測(cè)試配置

本次試驗(yàn)的受試設(shè)備為車載夜視儀，夜視儀工作電壓為5 V，工作電流約為200 mA，設(shè)備因重量限制設(shè)計(jì)為塑料外殼，包含前1 后2 共3 個(gè)鏡頭，外殼內(nèi)部噴導(dǎo)電漆，整機(jī)屏蔽效果不完整。夜視儀和陪試設(shè)備通過一根屏蔽線纜相連，線纜中包含兩根電源線，兩根視頻信號(hào)線及三根通訊線（通訊線試驗(yàn)時(shí)未接），試驗(yàn)時(shí)，通過陪試設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)寫入，編碼后發(fā)送給夜視儀，數(shù)據(jù)傳輸工作頻率為36 MHz，差分信號(hào)電壓3.3 V。測(cè)試連接示意圖如圖1 所示。

圖1 測(cè)試連接示意圖

2 試驗(yàn)配置及超標(biāo)原因分析

夜視儀在進(jìn)行CS116 試驗(yàn)時(shí)，所有測(cè)試點(diǎn)都出現(xiàn)了敏感，尤其是在1 MHz、10 MHz、30 MHz 三個(gè)頻點(diǎn)；在進(jìn)行RE102 試驗(yàn)時(shí)，在200 MHz~1 GHz 內(nèi)，視頻傳輸頻率的多次諧波會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果超標(biāo)，下面對(duì)CS116 和RE102 兩個(gè)項(xiàng)目的試驗(yàn)敏感或超標(biāo)原因進(jìn)行分析。

2.1 CS116 試驗(yàn)分析

如圖2 所示，干擾信號(hào)發(fā)生器通過施加探頭將干擾注入到試驗(yàn)線纜上（干擾每個(gè)頻點(diǎn)注入三個(gè)點(diǎn)位，分別為電源線、電源線高位線、信號(hào)線）。

圖2 CS116 項(xiàng)目測(cè)試配置圖

夜視儀在CS116 試驗(yàn)時(shí)之所以容易出現(xiàn)敏感問題，在干擾機(jī)理上，主要為信號(hào)線與電源線使用同一連接器，且設(shè)備和陪試設(shè)備為浮地狀態(tài)。如圖3 所示，當(dāng)干擾注入到線纜上，注入到電源線上的干擾會(huì)沿著電源線進(jìn)入到設(shè)備內(nèi)部，由于干擾為共模干擾，在連接器和設(shè)備內(nèi)部，干擾不僅會(huì)在線上傳導(dǎo)，還會(huì)以天線的形式對(duì)信號(hào)線和其他敏感電路進(jìn)行輻射耦合，造成設(shè)備敏感；注入在信號(hào)線上的干擾，雖然信號(hào)線采用雙絞屏蔽形式，理論上干擾會(huì)被屏蔽掉，但是由于設(shè)備采用浮地形式，當(dāng)線纜屏蔽層兩端與設(shè)備和陪試設(shè)備殼體的接地阻抗較大，且設(shè)備和陪試設(shè)備對(duì)地的分布電容相差較大時(shí)，線纜的屏蔽層就起不到太大的屏蔽作用，干擾同樣會(huì)耦合到信號(hào)線上，造成設(shè)備和陪試設(shè)備雙向敏感。

圖3 輻射發(fā)射RE102 測(cè)試結(jié)果圖

設(shè)備是極易敏感設(shè)備。設(shè)備低電壓小電流供電，導(dǎo)致電源輸入端的輸入阻抗比較高，當(dāng)對(duì)設(shè)備電源線注入高頻率大電流的干擾時(shí)，會(huì)導(dǎo)致耦合到電源線上的電壓遠(yuǎn)高于設(shè)備的工作電壓，造成設(shè)備敏感。同時(shí)視頻傳輸信號(hào)頻率36 MHz，芯片本身抗干擾性較差，設(shè)備本身和陪試設(shè)備在試驗(yàn)時(shí)很容易被敏感，同時(shí)基于其高頻率易敏感的特性，無(wú)法通過濾波的方式，有效排除陪試設(shè)備對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

2.2 RE102 試驗(yàn)分析

設(shè)備在進(jìn)行輻射發(fā)射RE102 試驗(yàn)時(shí)， 在200 MHz~1 GHz 頻段會(huì)有尖峰狀干擾超標(biāo)，超標(biāo)頻點(diǎn)為視頻信號(hào)（36 MHz）的多次諧波，如圖3 所示，通過頻譜儀配合近場(chǎng)探頭探測(cè)發(fā)現(xiàn)，干擾泄漏點(diǎn)主要在設(shè)備的前端鏡頭及電池艙位置。

設(shè)備為塑料件結(jié)構(gòu)，雖然內(nèi)部噴有導(dǎo)電漆，但在拼接面位置導(dǎo)電連續(xù)性不好，且存在鏡頭和電池艙這些天然孔洞，內(nèi)部干擾很容易通過拼接面縫隙和孔洞向外泄漏，在試驗(yàn)時(shí)，陪試設(shè)備在工作時(shí)也會(huì)將干擾信號(hào)傳導(dǎo)到設(shè)備中，在上述孔洞縫隙泄漏。

3 整改措施及試驗(yàn)驗(yàn)證情況

3.1 敏感度整改措施

針對(duì)設(shè)備的敏感及超標(biāo)情況，在整改時(shí)從設(shè)備實(shí)際可落實(shí)的難易程度出發(fā)，采用如表1 所示的3 種方案進(jìn)行驗(yàn)證。

表1 整改驗(yàn)證措施表

為排除試驗(yàn)時(shí)陪試設(shè)備對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，使用磁環(huán)對(duì)測(cè)試線纜繞制共模電感。各方案的拓?fù)鋱D及具體整改措施如下：

1）方案1

設(shè)備整改拓?fù)淙鐖D4 所示，外部電源線所加濾波電路1，電路如圖5 所示。

圖4 方案1 整改拓?fù)鋱D

圖5 方案1 濾波電路圖

圖5電路圖中，L1=L2=35 mH（非晶磁環(huán)），CX1=CX2=1 uF，CY1=CY2=CX3=0.1 uF,電路使用導(dǎo)電布膠帶屏蔽后，又將濾波電路纏接在連接器上接地。

2）方案2

設(shè)備整改拓?fù)淙鐖D6 所示，外部電源線所加濾波電路2 電路如圖7 所示。

圖6 方案2 整改拓?fù)鋱D

圖7 方案2 濾波電路圖

圖7電路圖中，L1=10 mH（ 非晶磁環(huán)），L2=1 mH（鐵氧體磁環(huán)），CX1=1 uF，CY1=CY2 =0.1 uF，電路使用導(dǎo)電布膠帶屏蔽后，又將濾波電路纏接在連接器上接地。

3）方案3

在設(shè)備外部電源線正負(fù)線上各增加一顆30nF 的穿心電容, 電容使用導(dǎo)電布膠帶屏蔽后，又將其纏接在連接器上接地。設(shè)備整改拓?fù)淙鐖D8 所示，濾波電路同圖7。

圖8 方案3 整改拓?fù)鋱D

圖9 擴(kuò)頻電路圖

圖10 RE102 整改后測(cè)試曲線

綜上三個(gè)方案，方案1 和方案2 整改思路基本相同，兩個(gè)方案的不同主要來自濾波電路共模電感的磁芯材質(zhì)，通過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，使用非晶磁環(huán)和鐵氧體磁環(huán)繞制共模電感組成的二級(jí)濾波電路效果，比兩個(gè)非晶磁環(huán)繞制的共模電感組成的濾波電路效果要好，后續(xù)落實(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮方案2 使用的濾波電路。方案1 和方案2 的優(yōu)點(diǎn)是不用對(duì)原有設(shè)計(jì)做較大更改，只需將濾波電路做到外部電源線纜上，缺點(diǎn)是濾波電路體積較大，實(shí)施后體積較大。

方案3 和方案2 使用的濾波電路完全相同，但電路所放的位置不同，方案2 將濾波電路放在設(shè)備外側(cè)電源線上，方案3 將相同電路放在設(shè)備內(nèi)部，同時(shí)在方案二的基礎(chǔ)上在設(shè)備外部電源線增加兩個(gè)穿心電容，經(jīng)驗(yàn)證此種方案有效。

3.2 RE102 整改措施

針對(duì)輻射發(fā)射（RE102）出現(xiàn)問題，可以在設(shè)備內(nèi)部將干擾源屏蔽或?qū)⑵溥h(yuǎn)離孔洞區(qū)域，合理布線，必要時(shí)采用拓寬頻帶方式解決。由于設(shè)備內(nèi)部空間的局限性等因素，將干擾源稍微遠(yuǎn)離孔洞區(qū)域，并合理布線，此時(shí)效果不佳；由于超標(biāo)頻點(diǎn)為視頻信號(hào)（36 MHz）的多次諧波，通過頻率調(diào)制的手段將集中在窄頻帶范圍內(nèi)的能量分散到設(shè)定的寬頻帶范圍，降低信號(hào)在基頻和奇次諧波頻率的幅度（能量），從而降低設(shè)備電磁輻射峰值，故在此基礎(chǔ)上繼續(xù)采用擴(kuò)頻減少視頻信號(hào)的電磁干擾，此處選用擴(kuò)頻芯片SSDCA3128AF 進(jìn)行擴(kuò)頻，擴(kuò)頻電路如圖9 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)夜視儀敏感度和輻射發(fā)射超標(biāo)的問題進(jìn)行原因分析，得知夜視儀由于自身功能和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，既是干擾源又是易敏感設(shè)備，最后通過多種整改方案的對(duì)比及驗(yàn)證，找到了有效的整改方案，并驗(yàn)證了整改方案的可行性。