軍工電子設(shè)備的EMC特點(diǎn)和設(shè)計(jì)對策
2019-09-10 來自: 上海海悅電子科技有限公司 瀏覽次數(shù):930
軍工電子設(shè)備相對于一般的非軍工類電子設(shè)備或非電子類軍工設(shè)備來說,其電磁兼容性有如下一些特點(diǎn)。
1.安裝密集度高。出于戰(zhàn)術(shù)技術(shù)方面的考慮,軍工電子設(shè)備的安裝非常緊湊,大量功能各異的軍工電子設(shè)備密集于狹小的空間內(nèi),使得設(shè)備間的電磁干擾問題特別突出。
2.強(qiáng)弱信號共存。幾乎所有種類的軍工電子設(shè)備都要同時(shí)處理幅度相差懸殊的強(qiáng)弱多種信號。強(qiáng)信號對外部設(shè)備造成干擾,弱信號又對外部干擾極為敏感。
3.頻譜分布廣。軍工電子設(shè)備充分利用了頻率資源,占用了從直流到微波的各個(gè)頻帶。有的設(shè)備如雷達(dá)等工作于脈沖方式,覆蓋了廣闊的頻率范圍,對周邊設(shè)備造成強(qiáng)烈干擾。
4.共用電源和地線。各種安裝平臺上的大量軍工電子設(shè)備往往共用電源和備份電源、共用地線,使得通過電源耦合和地線耦合造成的相互干擾不能忽視。
5.設(shè)備機(jī)電結(jié)構(gòu)的回旋余地小。軍工電子設(shè)備結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,設(shè)備內(nèi)部冗余空間小。如果在設(shè)計(jì)后期才對設(shè)備進(jìn)行EMC強(qiáng)化,往往會(huì)與設(shè)備的原有機(jī)械結(jié)構(gòu)或電氣布局發(fā)生沖突,這時(shí)就難以兼顧各方面的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)。
由于以上這些特點(diǎn),決定了軍工電子設(shè)備的EMC設(shè)計(jì)比一般的電子設(shè)備更為復(fù)雜和困難,電磁兼容性試驗(yàn)的達(dá)標(biāo)難度更高。要設(shè)計(jì)符合GJB151A.97電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的軍工電子設(shè)備,首先要遵循通用的EMC設(shè)計(jì)原則,再在這個(gè)基礎(chǔ)上強(qiáng)化EMC措施,尤其要關(guān)注電源、機(jī)箱屏蔽、電路設(shè)計(jì)、接地質(zhì)量這幾方面。
2.1 電源和EMC的關(guān)系
在GJB151A.97標(biāo)準(zhǔn)中,CE101、CE102、CE107、CS101、CS106這5項(xiàng)是直接與電源有關(guān)的,CS114、CS115和CS116這3項(xiàng)與電源電纜有關(guān),其余輻射發(fā)射和敏感度的項(xiàng)目間接與電源有關(guān)。因此可以說,軍工電子設(shè)備的EMC設(shè)計(jì),第1步要做好的就是設(shè)備電源的EMC設(shè)計(jì)。
2.1.1 電源EMC設(shè)計(jì)的主要對策
(1)電源輸入端的電磁屏蔽和電源線濾波。電源線一進(jìn)入機(jī)箱就要直接連接到電源濾波器上,或者采用輸入端兼做電源插座的電源濾波器。電源濾波器的安裝很有講究,濾波器的輸出線要遠(yuǎn)離輸入線,金屬外殼要大面積接地。如果把進(jìn)出濾波器的電源線捆扎在一起,這個(gè)濾波器就幾乎等于沒用。
(2)使用隔離變壓器。如果采用交流電源,在成本和安裝條件許可的情況下,zui好使用隔離變壓器。zui簡單的隔離變壓器是在初次級間有屏蔽隔離層的電源變壓器,這種變壓器能夠起到安全防護(hù)、變壓、隔離地線環(huán)流、提高共模干擾抑制能力等多種作用,而且其濾波特性能夠和電源濾波器互補(bǔ)。
(3)合理設(shè)計(jì)二次電源。設(shè)備的二次電源有開關(guān)電源和線性電源2種。雖然開關(guān)電源對外來干擾有 一 定的抑制能力,但不少開關(guān)電源對外的輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射過大,致使在EMC試驗(yàn)時(shí),能通過敏感度項(xiàng)目卻通不過發(fā)射項(xiàng)目。因此,在低功耗電路中,如可不用開關(guān)電源就盡量不用,選用線性穩(wěn)壓器可避免產(chǎn)生對外干擾。
(4)電源的整體屏蔽。鑒于電源部分在電子設(shè)備EMC性能方面的重要性,還可以在屏蔽機(jī)箱內(nèi)部把電源部分整體再屏蔽在另一個(gè)與其它部分隔離的空間內(nèi),形成對電源的整體屏蔽。
2.2 機(jī)箱電磁屏蔽
機(jī)箱電磁屏蔽是防止空間電磁輻射zui基本也是zui有效的辦法,在GJB151A.97標(biāo)準(zhǔn)中,RE101、RE102、RS101、RS103、RS105這5項(xiàng)與機(jī)箱的屏蔽直接有關(guān),其余與電纜有關(guān)的項(xiàng)目也間接與機(jī)箱屏蔽有關(guān),因?yàn)殡娎|是要通過機(jī)箱進(jìn)出的。
2.2.1 設(shè)計(jì)屏蔽機(jī)箱的幾點(diǎn)原則
(1)保證屏蔽層的導(dǎo)電連續(xù)性。理論分析和EMC試驗(yàn)都證明,電磁屏蔽體上的細(xì)長縫隙將使屏蔽效果大打折扣。因此,機(jī)箱結(jié)構(gòu)上的所有外部縫隙都要實(shí)現(xiàn)連續(xù)且有良好的導(dǎo)電接觸。而對于直徑小于屏蔽機(jī)箱厚度的小孔,一般不必?fù)?dān)心影響EMC效果。
(2)妥善處理機(jī)箱的各種開口。機(jī)箱開口主要用來安裝開關(guān)、按鈕、指示燈與顯示屏等。開口較大時(shí),如果難以在所安裝器件的前面采取屏蔽措施,也要在器件的后面加裝屏蔽層(后置屏蔽法),并對穿過屏蔽層的導(dǎo)線做濾波處理。
(3)正確選擇和安裝機(jī)箱接插件,解決電纜屏蔽問題。進(jìn)出機(jī)箱的線纜如處理不當(dāng),會(huì)減弱甚至失去機(jī)箱屏蔽效能。因此,連接至機(jī)箱插座的外部線纜可加外屏蔽層,并且線纜的外屏蔽層要和機(jī)箱的屏蔽層保持導(dǎo)電連續(xù)性。安裝在機(jī)箱上的插座要選用符合軍用標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽型接插件。機(jī)箱上安裝插座的接觸面不能有漆膜或涂塑層等任何絕緣材料。
(4)機(jī)箱散熱zui好采用自然風(fēng)冷的方式,允許有一些小的散熱孔。如果要安裝散熱風(fēng)扇的話,需要在風(fēng)扇外側(cè)安裝截止波導(dǎo)式屏蔽通風(fēng)板。
2.3 電路設(shè)計(jì)中的EMC對策
電路EMC設(shè)計(jì)的基本原則已有許多文獻(xiàn)述及,此處僅提一下幾個(gè)實(shí)用的具體細(xì)節(jié)。
1)應(yīng)用多層印制電路板和表面貼裝元器件。具有電源層和地線層的4層以上印制電路板的EMC特性優(yōu)于普通的單、雙面印制電路板,在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用多層板。表面貼裝元器件的等效電磁輻射面積顯著小于插裝式元器件,具有更 好的EMC性能。所以多層電路板加表面貼裝元器件的組合應(yīng)當(dāng)成為符合GJBI51A-97標(biāo)準(zhǔn)要求的印制電路板設(shè)計(jì)。
2)信號傳感器的選用和傳感信號放大器的設(shè)計(jì)。傳感器一般安裝在設(shè)備主機(jī)箱以外,因此,對主機(jī)箱采取的電磁屏蔽措施覆蓋不到傳感器。又由于來自傳感器的信號十分微弱,所以傳感器經(jīng)常成為電子設(shè)備中zui易遭受外部電磁干擾的薄弱環(huán)節(jié),尤其是在做RS101和RS103測試時(shí)。
傳感放大器有單端輸入式和差分輸入式之別。從理論上講,理想的平衡輸入差分放大器抑制共模干擾信號的能力很強(qiáng),因此一般應(yīng)采用這種輸入方式。但當(dāng)干擾信號大到 程度時(shí)(如RS103試驗(yàn)時(shí)干擾場強(qiáng)zui大可達(dá)200 V/m),可能導(dǎo)致有源差分放大器的工作范圍脫離線性區(qū),使共模抑制失效。實(shí)際試驗(yàn)的結(jié)果也表明,在嚴(yán)密屏蔽和良好接地的條件下,單端輸入式的傳感放大器抗干擾能力有時(shí)更勝一籌。因此,究竟選用哪種輸入放大電路,還需結(jié)合實(shí)際情況決定。
3)強(qiáng)化有源器件的高頻旁路。按照GJB151A.97標(biāo)準(zhǔn)做RS103項(xiàng)目的試驗(yàn)時(shí),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況:干擾信號為等幅波時(shí),輸出信號不受干擾;干擾信號為調(diào)幅波時(shí),輸出信號中就有了干擾。經(jīng)分析,可能是調(diào)幅波干擾信號竄入電路后,由于有源器件的非線性響應(yīng)產(chǎn)生了高頻檢波,從而造成干擾。為防止這種情況,強(qiáng)化對有源器件的高頻旁路可起一些作用。
2.4 注重接地質(zhì)量
在電源、屏蔽和電路設(shè)計(jì)這3方面,都必須高度關(guān)注地線和接地質(zhì)量問題。接地質(zhì)量首先體現(xiàn)在要正確接地,即選擇正確的接地點(diǎn)和接地方式;再則是要可靠接地,接地面積要大、接地線要粗而短、接地螺栓要安裝緊固,以減小接地電阻。
綜上所述,對軍工電子設(shè)備進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)依次是電源、屏蔽、電路,而對接地的設(shè)計(jì)考慮則自始至終貫穿于這3個(gè)方面。