直升机座舱调光控制设备电磁环境效应设计

范方川

（昌河飞机工业（集团）有限公司，江西 景德镇 333002）

0 引言

随着直升机座舱设备数量及种类的不断增加，座舱的电磁环境日益复杂， 在这种复杂的电磁环境中，减少相互间的电磁骚扰，使调光控制设备正常运转是重中之重。本文简要介绍调光控制设备的电磁兼容设计[1]方案和技巧。

1 电磁环境效应设计

1.1 印制电路板设计

1.1.1 元器件选型

（1）电源部分：选用的直流滤波器、电源转换输出模块具有小体积、低功耗、带载能力强、可靠型高、优良的共模和差模插入损耗输入， 自失效保护等优点，最大可承受80 V/100 ms浪涌冲击，8～40 V宽电源输入范围，全面满足相关要求。对航空、航天等领域供电输入端瞬态浪涌抑制具有显著的效果。已被众多航空电子设备广泛采用。

（2）控制、通信部分：在元器件选取方面，多采用集成电路，以减小干扰环路面积，降低干扰；对于强干扰源、高敏感电路或芯片，采取加强滤波和屏蔽等措施，最大限度地降低传导和辐射干扰。 产品的逻辑电路运算速度选择中低速运行。选用我国自主研发的军用微处理器和通讯芯片及接口芯片电路。满足军用电子产品技术指标和性能要求。 均采用表贴封装器件，减小寄生效应，减轻重量，更换方便。

1.1.2 PCB分层

经过对整体系统的分析，PCB采用4层板布局，布局设计准则为：信号、地、电源、信号。

1.1.3 PCB布局规划

考虑电子元器件的布局主要是减小设备内部各区域电子元器件互相骚扰的影响和走线绑线的合理性，作为PCB布局规划常规的原则，主要有：

（1） 容易产生骚扰的电子元器件和相对敏感的电子元器件需分区域布置；（2）低电平级和高电平级的元器件， 应按输入和输出方向的顺序排列；（3）低功率级和高功率的元器件， 也应按输入和输出方向的顺序排列；（4）预留一定的空间以便对一些器件采取屏蔽措施；（5）非辐射的电子元器件，应尽量靠近，减小公共地阻抗耦合， 使用较大的平面来减小地线的阻抗；（6）尽量减小电流回路面积。

电源浪涌抑制器、滤波器等电源电路部分，靠近电源输入端。 微处理器和通信模块最大距离远离电源电路部分， 并中间放置对电磁敏感度不高的器件做相应的隔离。带有发热性的元件安装在壳体上。质量超过15 g的电源模块采用支架与外壳固定。 PCB板外形采用矩形，电路板边缘的元器件，离电路板边缘为3 mm。 模拟电路单元和数字电路单元分区域，分敏感度排布。

1.1.4 PCB布线

选用四层板设计，在PCB元器件布局时：电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线。 考虑关键器件和重要器件的布局，注意大电流和易受干扰敏感信号的走线粗细、 线条均匀度，减小大电流强干扰的环路的面积。 地线分为电源地、模拟地、数字地，对于低频信号单点接地，高频信号多点接地、大面积接地。针对走线设计，采取了以下措施：设备内部各种裸露走线工艺设置尽量短；对传输不同电平和不同电流信号的导线进行分组捆扎，捆扎线之间保持适当的距离，以减少不同导线组之间的相互干扰； 使用绞合屏蔽电缆， 在进线和回线中对辐射干扰较大和较敏感的导线加以屏蔽[2]。

1.1.5 地设计

接地设计的目的是使接地阻抗最小化。 PCB中的模拟地、数字地和输入输出信号参与的地，回系统地或最终地之间都通过磁珠和0欧姆电阻连接， 预防电路之间和外接干扰影响串扰到系统。 PCB走线尽量加宽，以减小地线阻抗，提高电路抗噪能力。敏感信号走线远离电源走线。输出地、机壳地进行了分开处理，可增加地环路阻抗，减少地环路干扰。 印制电路板地线根据电流大小适当加宽，以尽量减小接地电阻，保持良好的接地性能。 对于低频信号单点接地，高频信号多点接地、大面积接地，悬浮地与参考地之间接近一个阻值100KΩ的电阻；以消除静电积累。

1.2 接地设计

1.2.1 屏蔽体接地

屏蔽能有效切断辐射干扰和保护敏感电路，我们选用了铝合金壳体结构，壳体盖板、插座和壳体连接部位采用金属丝网衬垫、导电橡胶衬垫等措施有效减小孔缝处的电磁泄漏，实现整体屏蔽效果。

1.2.2 电源接地

输入的电源信号地是信号电流流回信号源的低阻抗路径，设计时，应将输入地、输出地、机壳地进行了分开处理，这样可增加地环路阻抗，减少地环路干扰。 PCB板地线根据电流大小适当加宽，以尽量减小接地电阻，保持良好的接地性能。 对于低频信号单点接地，高频信号多点接地、大面积接地。

1.2.3 设备接地

为了减小接地电阻，在壳体适当结构处设计有接地螺栓[3]。 选用接地专用电缆压接接线卡与机壳接地螺栓连接，保证低电阻连接，可靠连接。

1.3 搭接设计

搭接是指两个金属部件之间实现低阻抗的电流通路。在任何电气、电子系统中，从一个小元器件到系统、子系统之间都需要进行搭接，以便提供电源和信号的回路。 搭接是控制电磁骚扰的重要措施，搭接质量的好坏是衡量系统电磁兼容性能额定重要指标。

1.3.1 天线及滤波器搭接

安装滤波器采用直接搭接方法。用压力压接方式使滤波器与屏蔽体可靠连接。输入和输出线通过焊接的形式，连接到对应的焊点上。

1.3.2 电流回路搭接

电流回路搭接，对于不同的搭接，搭接电阻值具有不同的要求。用于降低噪声的信号参考地系统的搭接电阻不小于50 mΩ。

1.3.3 防射频干扰搭接

防射频干扰搭接主要分为设备屏蔽体接地搭接和电缆金属屏蔽层接地搭接。屏蔽体接地搭接采用压力搭接方式，把压有接线端子的接地线与设备屏蔽体上的接地螺钉连接。电缆金属屏蔽层接地搭接用电连接器卡箍与金属屏蔽层压力搭接。

1.4 屏蔽设计

本系统主要采用“主动屏蔽”设计，选用了铝合金壳体结构，壳体盖板、插座和壳体连接部位采用金属丝网衬垫、导电橡胶衬垫等措施，以有效减小孔缝处的电磁泄漏，实现整体屏蔽效果；机壳孔缝屏蔽采用导电胶完全密封；插座采用加屏蔽的方法，阻断从插座空隙泄漏电场；灯盒观察窗后设计0.5 mm厚铝板与前面板壳体紧密连接，阻断从窗口辐射入或者发射出的电磁信号； 进入机箱的电缆束上套加铁氧体磁环，抑制电磁辐射进入屏蔽体内。 接地螺栓选用304不锈钢材质，并加导电密封胶与壳体紧密连接。

1.5 滤波设计

1.5.1 电源滤波器的选型

本次系统选用Magic品牌的M型系列直流滤波器。M系列直流滤波模块拥有业界最大功率密度和体积的绝对优势，能对系统电源进行有效滤波。 该产品具有宽电源输入范围、体积小、低功耗、高可靠性特点，可提供良好的共模、差模插入损耗，已被众多航空、航天电子设备广泛采用。 电气参数大致为：绝缘电阻最小100MΩ； 在测试频率500kHz的条件下插入损耗40dB；额定工作电压28VDC，最大能到50VDC。

1.5.2 电源滤波器的安装方式

本系统的EMI电源滤波器安装在输入电源最近的位置，缩短屏蔽体外进入屏蔽内的走线距离。 输入端和输出端引线远距离布置，各种引线缩短距离，防止感抗与容抗在某频率上形成谐振特性和在线上形成耦合干扰。