舰载光电跟踪设备电磁兼容性设计

摘要：本文根据某特装设备的电磁兼容性要求，分析了系统产生干扰的原因，并对系统的电磁兼容从电源设计、接地设计、屏蔽设计及电路板设计等四个方面进行了详细的设计，结合以往的工程经验，本系统能够满足电磁兼容性指标的要求。

关键词：电磁兼容 接地设计 屏蔽设计

中图分类号：TN03 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0158-02

1 引言

某光电跟踪设备是某测量船测控系统的特装设备之一，用于完成和实现光学跟踪测量任务。由于舰船上的电子设备数目和种类繁多，电磁环境日益复杂。在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的电磁干扰，使设备稳定工作，成为光电跟踪设备设计的重要问题。

根据光电跟踪设备的特点，依据GJB151A-1997《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》的测试要求，本光电跟踪设备电磁兼容性要求主要的测试项目如表1。

2 设备产生电磁干扰的原因

产生电磁干扰的原因很多，但对光电跟踪设备真正形成有效干扰，必需具备干扰源、耦合途径、敏感设备三个必要条件。

2.1 干扰源分析

光电跟踪设备的主要干扰源为交流电源干扰、开关切换动作干扰、大功率驱动电路的快速导通/截止噪声干扰及电机火花干扰等。

2.2 干扰耦合途径分析

本系统噪声干扰耦合的主要途径如下：（1）设备间通过电源系统和变压器引起的耦合；（2）电源线或信号线对信号线的感应耦合；（3）通过共阻抗或电缆耦合的地电流；（4）设备外部和内部的电磁感应场；（5）电源线的辐射耦合。

2.3 敏感设备分析

本光电跟踪设备的控制柜中，有时统终端、数据通讯系统、伺服控制系统、主控计算机、图像处理系统、图像存储系统、图像传输系统、功率放大器等。在经纬仪主机上有编码器系统、调光调焦控制系统、力矩电机及各探测传感器等。这其中既有大功率的干扰源，也有相对敏感的传感器和视频信号。对弱信号的保护是电磁兼容性设计的重点。

3 电磁兼容性设计

在设计中，根据光电跟踪设备的电磁环境及总体电磁环境及总体电磁兼容性的设计要求，结合设备的电磁兼容性条件，从以下四个方面着手电磁兼容性设计：（1）电源设计；（2）接地设计：（3）屏蔽设计；（4）电路板设计。

3.1 电源设计

对于光电跟踪设备，按照系统设备的负载功率及类型，向系统提供三路单相电源，并且每路电源单独采用隔离变压器进行隔离，系统的交流电源配电示意图如图1所示。

在系统配电时，还应该采取以下措施抑制电源干扰：（1）输入电源尽量在本系统远的地方与其他设备的动力线分开；（2）交流电源在各分系统入口处加低通滤波器，滤除高频噪声；（3）直流稳压电源负载能力留有余量，通常选所需容量的1.5倍以上；（4）电源引线要短而粗，避免由于线上电压降影响后续电路工作。

3.2 接地设计

接地设计是电磁兼容设计的一个重点。由于本系统中分系统较多、各分系统间接口复杂，涉及频域从低频、中频到高频，系统的地线设计将遵循模拟信号地、数字信号地、安全地严格区分开的原则进行。接地系统设计框图见图2。信号地采用单点接地的方式，安全地采用就近接地的原则。

系统的信号地采用单点接地的方法，单点接地为接在一起的电路提供共同参考点。并联单点接地是最简单、最常用的。每一个电路模块都接到一个单点地上，每一个子单元在同一点与参考点相连，由于只存在一个参考点，因此没有地回路存在，没有共阻抗耦合和低频地环路的问题。对于光电跟踪设备的电子学系统将采用改进的并联单点接地方法，如图3所示。即将具有类似特性的各分系统的信号地接到一起，然后将每一个分系统的地接到公共单点地。

3.3 屏蔽设计

屏蔽技术用来抑制电磁干扰沿空间的传播，以切断辐射干扰的传播途径。屏蔽设计是抑制系统电磁干扰的有效技术措施。针对本系统内的微弱模拟信号、高频信号的屏蔽有如下考虑。

3.3.1 微弱信号的屏蔽

对机上的光电轴角编码器、目标探测器、调光调焦系统，进场干扰是其最主要的影响。对这些分系统、电路单元进行专门的抗辐射和抗干扰屏蔽处理。

3.3.2 局部电路单元的屏蔽

对这类单元的电源变压器、脉冲变压器、电感等器件采用高导磁率材料（硅钢片、坡莫合金等）做屏蔽外壳，利用高导磁材料吸收损耗大的特点进行低频磁屏蔽或磁旁路。

3.3.3 电缆和接插件的屏蔽

电源、电机等的电磁干扰。可以耦合到进出机箱的电缆上，传导到机箱外，造成辐射，同时也可以通过电缆耦合，进入其他设备机箱，对其他机箱内的电路造成干扰。主要干扰是电源、电机对光电轴角编码器、目标探测器的干扰。

在同一束电缆中由于存在电磁耦合，在缆芯分配、电缆的屏蔽及接插件的端子分配上应考虑其相互影响，做到合理分配使用。具体原则如下：（1）对同束电缆中的差分信号使用多股双绞线可减少信号间的串扰问题；（2）最敏感信号在缆芯分配上使用中心缆芯；（3）在接插件的端子分配上差分信号占用物理相邻的两个端子，并注意在接插件端面不要形成有效感应环路，在接插件端面体现强、弱信号的分区布局；（4）对敏感信号使用编织丝网和金属箔组合的封装电缆或使用光缆。

3.3.4 各分系统机箱的屏蔽处理

在光电跟踪设备中，圆顶控制箱、伺服功率放大器机箱、电源机箱、配电机箱、隔离变压器机箱、电视处理器、图像存储机箱等电磁屏蔽要求较高的系统，采用以下措施，保证电磁的屏蔽：（1）箱体的接缝和开口数尽量少，面积尽量小；（2）在通风孔和缝隙等处，采取安装金属丝网条或导电橡胶条等手段；（3）保证被搭接面紧密接触和缝隙最小；（4）电源输入加EMC电源滤波器。

3.4 电路板设计

印制板是容易产生和耦合电磁干扰的薄弱环节，是影响产品电磁兼容性的关键部位。PCB（印制电路板）的设计，主要基于PC B布局、PCB布线、PCB设计时的电路措施来考虑。主要的采取的措施如下：（1）印制电路板上布局按信号特性划分为数字区和模拟区，并满足“回路”面积最小原则；（2）采用多层板方案（4层板），分为信号层、电源层和接地层，确保信号走线和邻近层上的信号走线相互垂直，并使其阻抗最小，利用大面积的电源层和地层减少共变干扰和辐射，信号层可分为数字信号层和模拟信号层。（3）将混合信号电路板上的数字地和模拟地之间隔离；（4）在信号层的空白区敷地线网络铜，以减少线间容性干扰；（5）时钟电路单独安排，远离敏感电路，不采用插座连接；（6）信号走线尽量短，符合正确的布线规则，布线不能跨越分割电源面之间的间隙；（7）印制电路板上的线宽不突变，导线不突然转弯；（8）接口电路采用光耦隔离。

4 结语

设备电磁兼容性问题是一个综合性的问题，必须从方案阶段做充分的考虑，本光电跟踪设备根据电磁兼容性的设计指标，在方案设计阶段，从电源设计、接地设计、屏蔽设计及电板设计四个方面对整个系统的电磁兼容性进行了详细的设计，结合以往研制设备的经验，本电磁兼容方案设计能够保证系统内各设备之间相互不干扰、对外界电磁环境不构成污染、满足电磁兼容标准的要求。