机载VGA线缆设计与敷设

刘茜+田伟峰

摘 要 针对机载高频率VGA视频信号在线缆传输过程中容易受到干扰的问题，分析了VGA视频信号自身频谱特性，以及机载电磁环境对信号的干扰因素。为了解决线缆的电磁兼容影响，提高VGA视频信号的传输质量，结合实际的机载环境，提出机载VGA线缆设计与敷设方案。实践证明，该方案有效地解决了信号电磁兼容问题，具有广泛的应用前景。

关键词 机载VGA线缆；VGA视频信号；干扰；屏蔽；接地

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0051-01

机载电子显示器是一种重要的机载电子设备，主要用于显示飞参、雷达、武器试验等，是飞行员驾驶飞机和飞行试验重要参考操作平台。在某新型战斗机的测试任务中需要将驾驶舱内3路显示视频信号同时进行采集记录，用于实时遥测监控和事后数据分析。由于该型飞机使用先进的机载VGA电子显示器，其分辨率高、显示信息多，所以传输线缆运载的数据量大。在复杂的机载电磁环境中，高频率的VGA信号极易受到干扰，造成采集的图像质量下降和有用信息丢失。因此机载VGA线缆及敷设必需进行抗干扰设计。

1 VGA视频信号及干扰分析

VGA（VideoGraphicArray）接口是IBM公司于1987年提出的电脑显示标准。VGA接口是基于模拟信号的视频接口，有R、G、B、HsYNc、VsYNc、GND共6芯信号组成，其中R、G、B为同轴信号，HsYNc、VsYNc为单芯TTL信号。

1）VGA线缆电磁干扰分析。

VGA线缆为多芯综合线缆，容易受到各方面因素的干扰。其中主要因素有：信号类型、传输方式、频谱特性；电缆长度、布线形式、屏蔽类型和接地方式等传输特性以及源端和负载端的阻抗特性。

VGA线缆束内部中除了信号地线，还有两种信号类型：R、G、B为高频数据信号，输入输出两端阻抗为75欧姆；H、V为同步信号，频率相对较低，两端阻抗为高阻。VGA视频信号在传输时，由于 R、G、B三原色信号都是非平衡信号，传输过程中都会对外发散电波，进而产生相互干扰，也就是串扰。R、G、B信号传输速率越高，信号的脉冲前沿越陡，互相串扰就越严重。具体表现为图像白噪声大，有重影、拉毛等现象。H、V信号被干扰，时序就会发生混乱，导致图像扭曲、横滚或翻屏、偏色等现象，严重时会导致不能解码而无法显示。VGA线缆不宜过长，线缆越长，信号的衰减和电磁耦合现象就越严重。

2）机载VGA视频信号受机载环境影响。

战斗机内的电子设备、电机、雷达、通信等用电设备繁多，使用的频谱宽、功率大。线缆的敷设纵横交错，在狭小的空间内构成了大量的电流闭合环路，每个环路中的电磁辐射都会形成为一个干扰源，这样在飞机内部就形成了一个极为强大且复杂电磁干扰环境场。干扰途径主要有传导和辐射两种。传导干扰是指通过导线的干扰，其耦合途径分为共阻耦合、电容耦合、电磁耦合和电感耦合。辐射干扰是辐射源通过空间辐射电磁能量而形成的干扰，其耦合分为感应场耦合和辐射场耦合。

高分辨率的机载VGA信号为单端模拟分量信号，自身抗干扰能力较低。在飞机内部，各种线缆需按要求集束绑扎在一起，而线缆间的距离和电磁耦合强度成反比，所以线束敷设和绑扎也会使机载VGA信号受到干扰。由于抽引点和采集设备分别位于不同位置，在穿舱和改装过程中，机载VGA线缆在整个链路上往往被分成为若干段，然后使用连接器进行对接。线缆的整体性遭到破坏，每个对接点都可能成为一个被干扰点。

2 机载VGA线缆设计和敷设

科学合理的设计会显著提高线缆的传输能力、电磁兼容性能。为了保证传输的信号质量，有效屏蔽或抑制干扰。机载VGA线缆应该在以下几个方面进行严格要求：材料选择、屏蔽与接地技术应用、制作工艺和敷设施工质量。

1）材料选择。

材料的质量和信号传输能力是机载VGA线缆的基础因素。线缆束中R、G、B三色信号为高频单端信号极易受到各种干扰，所以应选用具有单独屏蔽层的同轴线缆，阻抗75欧。H、V为同步信号信号频率较低，可以和GND（信号地）选用单芯线缆；线缆束整体屏蔽层类型为高密编织、导通性能良好的金属层；插接件和尾附件应选用带有屏蔽功能的高频连接器。

2）屏蔽与接地技术应用。

屏蔽类型和接地方式等结构是影响电缆电磁干扰的重要因素。机载VGA视频线缆为多芯综合线缆，电磁干扰来源于内外两个方面，对于外部电磁干扰，应采用屏蔽层屏蔽接地来解决；在线束内部，RGB三原色信号缆排列紧密，相互间容易发生串扰现象。所以，使用同轴缆对信号分别屏蔽可以有效避免内部串扰现象，对线缆束整体实施屏蔽接地可屏蔽外部干扰。

接地是机载设备、线缆的基本技术要求之一，也是电磁兼容性能高低之关键因素。因此，接地是电磁兼容性最重要的设计内容，它具有效果突出，经济性好的优点，是较容易实现但又难于掌握的一种抑制传导干扰的方法。机载VGA信号频率高，电路中的电容耦合干扰会使电路形成了实际上的接地环。尤其是传输电缆越长，这种分布电容耦合干扰也越显著。为了有效地保持屏蔽层的地电位，应采取两点或多点接地的方式。

3）制作工艺和敷设施工质量。

根据机载环境实际情况，线缆的屏蔽层的接地以就近原则，接地线应短、粗确保接地的有效性。线缆敷设以最短距离为原则，减少因线缆过长导致的干扰和损耗。敷设前还应了解、检测干扰源，敷设时尽量远离干扰源。机载VGA线缆敷设若经历穿舱，整个链路会分成两段，将每段线缆两点接地，可有效应用多点接地技术。

3 结论

大量的理论与工程实践表明，机载VGA电缆的电磁兼容性是机载环境中最为薄弱的环节之一，机载VGA电缆的设计和敷设是否科学、合理，直接影响到信号传输的质量。在我国多架先进战斗机试飞任务中，使用该设计方案用于机载VGA信号的传输，可以有效解决信号干扰问题，取得了良好的应用效果。但随着机载环境变化和机载VGA信号频率的不断增高，随之带来的信号干扰问题不可避免，高频机载VGA信号的传输和电磁兼容技术需要依据科学、技术的发展不断地改进。

参考文献

[1]陈桂，田学隆，陈南西.ARM嵌入式平台的VGA接口设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2007（04）.

[2]范金龙，王景中.基于CH7004的嵌入式系统VGA接口设计[J].电子设计工程，2009（09）.

作者简介

刘茜（1972-），女，汉族，湖南新化人，工程师，主要从事航空改装和视频信号处理研究。endprint