光接收机电磁兼容设计与实现

谭兆杰，孟 萃

（清华大学工程物理系粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京 100084）

光接收机电磁兼容设计与实现

谭兆杰，孟 萃

（清华大学工程物理系粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京 100084）

从电路设计和屏蔽设计上完成了光接收机的电磁兼容性设计，并以此制作了样机。利用此样机进行电磁兼容试验，所做试验均通过了工业三级标准，试验结果表明此设计合理、有效。

光接收机；电磁兼容；设计

光接收机是将光纤传输的光信号转换为可处理电信号的装置。在通信领域，光接收机广泛用于数据接收端，其技术已相当成熟。此外，光接收机还可用于实验室脉冲电磁场测量系统，由于测量的环境往往存在很强的电磁干扰，一般的电传输很难保证信号完整性，因而抗干扰性强的光纤传输方法成为很好的选择。脉冲信号特点要求这类光接收机需要有足够的带宽，国内在这一类光接收机的研究尚少，技术与国外成熟技术差距较大。一方面，由于光接收机可能的复杂电磁工作环境，其电磁兼容性（EMC）将直接影响到工作稳定性。另一方面，EMC设计是产品设计中重要一环，产品能否通过EMC试验，决定了其能否进入市场。笔者旨在根据文献［1］中给出的光接收机电路，进行EMC设计，制成样机，并完成EMC试验。

1 电路简介

这里采用文献［1］中提出的光接收机电路，见图1，电路包括两级放大，前放与主放。前放将光电二极管产生的电流信号转化为电压信号，主放将此电压信号进一步放大，中间接直流电压表用于光功率指示。运放采用的是opa658芯片，需要±5 V供电，考虑到整个电路功耗不大，可以用2块k7805电源芯片供电。

图1 光接收机电路原理图

2 电源滤波与瞬变电压抑制

EMC试验中有相当一部分与电网有关，这是检验以传导方式传播的电磁干扰（EMI）的主要内容。电网为电路提供电源，其干扰或工作电路的反馈干扰均通过电源回路传递，因此电源滤波器在这里非常重要，不仅能大大减弱电网不稳定对工作电路的影响，也能减弱电路工作时对电网的影响。这里用的是低压直流电源，可采用π型LC滤波电路。见图2，C1和C3为旁路电容，可以用10μF的钽电容，C2和C4为去耦电容，电容值取0．1μF，电感L1本应越大滤波效果越好，但太大会造成在上电、下电时产生很大反电势，损害电路，故取值应适中，取10μH。

在某些EMC试验中，如浪涌（冲击）抗扰度试验以及静电试验，会在电源端加上极短时的高压，即便时间很短，其携带的能量却很高，若没有效的能量释放通路，便会对芯片造成损害。这时就要用到瞬变电压抑制器件。

瞬变电压抑制二极管也叫TVS，外形与稳压二极管类似。当TVS两端承受瞬间大能量冲击时，会在极短时间内将阻抗变小，同时吸收大电流，使电压不至过高。选择TVS主要考虑其击穿电压，由于这里采用K7805电源芯片供电，其可输入电压为7～25 V，因而选取击穿电压为20 V左右的TVS较好。

3 屏蔽箱设计

图2 π型LC滤波电路

屏蔽箱用来限制以辐射方式传播的电磁干扰。根据屏蔽防护理论［2］，屏蔽箱体材料可以用铝，4 mm厚的铝板能够对1 k Hz以上电磁波提供27 d B的防护。

电源输入接口用穿心电容连接，穿心电容也叫馈通滤波器，有多种型号，对于直流电源来说，用穿心电容连接是再合适不过了，不仅能保持箱体完整，还能起旁路滤波作用。

散热孔用3×4 mm的圆孔阵列实现，这些圆孔相当于一个个波导管，理论上它们能为50 GHz以下电磁波提供20 dB以上防护［2］。

考虑到用直流电压表显示光功率带来的防护成本增加，放弃这个设计，而用发光二极管指示电路来代替。因而，额外设计了一个3×4 mm的波导管作为光传输通道。

最终设计见图3，外表面涂上绝缘漆，但是在顶盖与底盒之间连接部分的绝缘漆需要刮掉，以保持箱体各部分之间良好电接触。

4 EMC试验及结果

图3 屏蔽箱设计图

EMC试验是在清华大学工程物理系电磁兼容实验室进行的，总共进行了6项试验，基本包括了最主要的EMC试验，结果见表1。

表1 EMC试验结果

试验结果表明，所做试验均通过最严格的工业标准。

5 结 语

针对EMC试验，对光接收机的电磁兼容性进行设计，包括电源滤波，瞬变电压抑制及屏蔽箱设计，这些方法也适用于其他直流电源仪器的电磁兼容设计。对样机进行了6项EMC试验，通过最严格工业标准，试验结果表明此光接收机的电磁兼容设计是有效的。

［1］ 贺 喜．光电转换电路的设计与实现［D］．北京：清华大学，2010．

［2］ KEITH A．Shield Techniques Part 3［J］．安全与电磁兼容，2010，1（1）：88－92．

［3］ GB／T 17626．2－2006，电磁兼容试验和测量技术：静电放电抗扰度试验［S］．

［4］ GB／T 17626．6－2008，电磁兼容试验和测量技术：射频场感应的传导骚扰抗扰度［S］．

［5］ GB／T 17626．4－2008，电磁兼容试验和测量技术：电快速脉冲群抗扰度试验［S］．

［6］ GB／T 17626．5－2008，电磁兼容试验和测量技术：浪涌（冲击）抗扰度试验［S］．

［7］ GB／T 17626．8－2006，电磁兼容试验和测量技术：工频磁场抗扰度试验［S］．

［8］ GB／T 17626．29－2006，电磁兼容输入端口电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验［S］．

TN943

A

1008－1542（2011）12－0051－02

2011－06－20；责任编辑：张士莹

谭兆杰（1989－），男，湖南株洲人，主要从事电磁场测量、电磁兼容方面的研究。