航空計(jì)算機(jī)電磁兼容性研究與應(yīng)用

李建英

[摘要]大多數(shù)航空計(jì)算機(jī)設(shè)備中的元器件和電子線路具有工作信號(hào)電平低、速度快、元器件安裝密度高等特點(diǎn)，因而對(duì)電磁干擾比較敏感。如何抑制電磁干擾、防止相互間的有害影響，已成為計(jì)算機(jī)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量與控制技術(shù)一系列專(zhuān)業(yè)所要解決的共同性課題。近來(lái)，電磁兼容性已由事后處理發(fā)展到預(yù)先分析、預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)。電磁兼容已成為現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)中的重要組成部分。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)設(shè)備 電磁干擾 敏感 可靠運(yùn)行 電磁兼容性

[中圖分類(lèi)號(hào)]F224-39 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0069-01

1 引言

隨著自動(dòng)化技術(shù)和半導(dǎo)體期間迅速發(fā)展，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)迅速地向電器控制設(shè)備領(lǐng)悟滲透，逐漸形成了電力電子設(shè)備相結(jié)合、弱電與強(qiáng)電交互工作的局面。近年來(lái)，由于機(jī)電一體化和測(cè)量與控制一體化的發(fā)展，形成了復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)，電磁環(huán)境和電磁干擾問(wèn)題日趨復(fù)雜。

自然界的各種充放電現(xiàn)象和人類(lèi)的各種用電活動(dòng)，都會(huì)使空間電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生有序或無(wú)須的變化。電磁環(huán)境及其變化過(guò)程對(duì)處于該環(huán)境的各種電氣設(shè)備產(chǎn)生各種形式的電磁干擾。

電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡(jiǎn)稱(chēng)EMC俗稱(chēng)抗干擾）是指干擾可以在不損害信息的前提下與有用信號(hào)共存。電磁兼容性比較切貼的定義為：裝置回系統(tǒng)在其設(shè)置的預(yù)定場(chǎng)所投入實(shí)際運(yùn)行時(shí)，既不受周?chē)姶怒h(huán)境的影響，又不影響周?chē)沫h(huán)境，也不發(fā)生性能惡化和誤動(dòng)作，而能按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。

電磁兼容性是指電子設(shè)備在電磁環(huán)境中正常工作的能力。電磁干擾是對(duì)電子設(shè)備工作性能有害的電磁變化現(xiàn)象。電磁干擾不僅影響電子設(shè)備的正常工作，甚至造成電子設(shè)備中的某些元器件損害。因此，對(duì)電子設(shè)備的電磁兼容技術(shù)要給予充分的重視。既要注意電子設(shè)備不受周?chē)姶鸥蓴_而能正常工作，又要注意電子設(shè)備本身不對(duì)周?chē)渌O(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其它設(shè)備正常運(yùn)行。

2 形成電磁干擾要素

一般情況下，形成電磁干擾的要素有三個(gè)：①電磁干擾源；②耦合途徑或傳播通道；③敏感設(shè)備。

電磁干擾的傳播途徑包括傳導(dǎo)耦合和輻射耦合。傳導(dǎo)耦合必須在干擾源和敏感設(shè)備之間有完整的電路連接。這個(gè)傳輸電路可包括導(dǎo)線、設(shè)備的導(dǎo)電部分、供電電源、公共阻抗、接地平面、電阻、電感、電容和互感元件等。

輻射耦合是通過(guò)介質(zhì)以輻射電磁波形式傳播，干擾能量按電磁波的規(guī)律向周?chē)臻g發(fā)射，常見(jiàn)的輻射耦合有三：①干擾源天線發(fā)射的電磁波被敏感設(shè)備天線以外接收，稱(chēng)為天線對(duì)天線耦合；②空間電磁場(chǎng)經(jīng)導(dǎo)線感應(yīng)而耦合，稱(chēng)為場(chǎng)對(duì)線的耦合；③兩根平行線之間的高頻信息感應(yīng)，稱(chēng)為線對(duì)線感應(yīng)耦合。

傳導(dǎo)耦合包括互傳導(dǎo)耦合和導(dǎo)線間的感性與容性耦合。輻射耦合包括近場(chǎng)耦合和遠(yuǎn)場(chǎng)耦合。

電磁干擾敏感設(shè)備一般將端口分為以下5類(lèi)：外殼端口；交流電源端口；直流電源端口；控制線＼信號(hào)線端口；接地端口，即系統(tǒng)和地活參考地之間的連接。

3 抑制電磁干擾措施

電磁兼容（EMC）的基本含義是，保證電子設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)而互不干擾。電子產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)，就是在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)法抑制（消除）電磁干擾，提高電子產(chǎn)品在電磁環(huán)境中的工作穩(wěn)定性和可靠性。

抑制（消除）電磁干擾主要有接地、屏蔽和濾波三種方法，三種方法各具特色，也相互關(guān)聯(lián)。

1）接地。在電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)，接地是十分重要的環(huán)節(jié)。良好接地可以消除各種噪聲的產(chǎn)生，減少電磁干擾的作用，降低對(duì)屏蔽和濾波的要求。

常見(jiàn)的接地方法有浮地、單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地三種。采用浮地的方法，不僅可以將電路或設(shè)備與公共地或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離開(kāi)來(lái)，而且還可以使不同電位的電路之間的配合變得容易，它的主要特點(diǎn)是抗干擾性能好。單點(diǎn)接地的方法在低頻條件下效果好，多點(diǎn)接地的方案則在高頻條件下有較佳表現(xiàn)。與單點(diǎn)接地相比，多點(diǎn)接地的主要有點(diǎn)是接線比較簡(jiǎn)單，而且在接地線上出現(xiàn)高頻駐波的現(xiàn)象也明顯減少。但多點(diǎn)接地系統(tǒng)中的眾多地線回路對(duì)線路的維護(hù)提出了更高的要求。應(yīng)為設(shè)備本身的腐蝕、沖擊振動(dòng)和溫度變化等因素，都會(huì)使接地系統(tǒng)出現(xiàn)高阻抗，使其接地效果變差。

為了回避單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用混合接地方式。所謂混合接地，就是對(duì)電子系統(tǒng)的各部分工作情況做一分析，只將那些需要就近接地的電直接（或需要高頻接地的電通過(guò)旁路電容）與地平面相連，而其余各點(diǎn)采用單點(diǎn)接地的辦法。

2）屏蔽。屏蔽能有效地抑制通過(guò)空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個(gè)：一是抑制輻射能量越出某一區(qū)域；二是防止外來(lái)的輻射電磁能力量進(jìn)入某一區(qū)域。在電源設(shè)計(jì)時(shí)，主要是采用全封閉的金屬外殼封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)屏蔽，達(dá)到抑制輻射電磁干擾的目的。

3）濾波。濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。是根據(jù)觀察某一隨機(jī)過(guò)程的結(jié)果，對(duì)另一與之有關(guān)的隨機(jī)過(guò)程進(jìn)行估計(jì)的概率理論與方法。濾波能有效地抑制通過(guò)載流導(dǎo)體傳播的電磁干擾（即傳導(dǎo)電磁干擾）。采用濾波的目的有兩個(gè)：一是限制傳導(dǎo)電能通過(guò)載流導(dǎo)體越出莫一區(qū)域；二是防止外來(lái)的傳導(dǎo)電能通過(guò)載流導(dǎo)體進(jìn)入莫一區(qū)域。

傳導(dǎo)電磁干擾分為差模干擾和共模干擾兩種。在實(shí)際工作中，抑制電源傳導(dǎo)電磁干擾通過(guò)載流體傳播，主要是采用在電源的輸入端和輸出端設(shè)置差模共模濾波器。例如，安插在電源與電子設(shè)備之間的電源線濾波器就是抑制電源線傳導(dǎo)電磁干擾的重要手段，它對(duì)提高電子設(shè)備在電磁環(huán)境中運(yùn)行的可靠性（電磁兼容性）有著重要的作用。

4 電磁兼容的設(shè)計(jì)思路

為了提高電子設(shè)備的電磁兼容能力，必須從開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就給予電磁兼容性以足夠的重視。電磁兼容的設(shè)計(jì)思路可以從電磁兼容的三要素，即電磁干擾源、電磁干擾可能傳播的路徑及易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件人手。

1）首先，要充分分析電子設(shè)備可能存在的電磁干擾源及其性質(zhì)，盡量消除或降低電磁干擾源的參數(shù)。

2）其次，要充分了解電磁干擾可能傳播的路徑，盡量切斷其路徑，或降低與電磁干擾耦合的能力。

3）最后，要充分認(rèn)識(shí)易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件，盡量杜絕其接收電磁干擾的可能性。

據(jù)此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)對(duì)策，消除或部分消除可能出現(xiàn)的電磁干擾，以減輕調(diào)試工作的壓力。在調(diào)試中，針對(duì)具體出現(xiàn)的電磁干擾，以及接收電磁干擾的電路和元器件的表現(xiàn)進(jìn)行分析，以確定電磁干擾源所在及電磁干擾可能傳播的路徑，再采取相應(yīng)的解決辦法。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文概述了電磁干擾和電磁兼容的基本知識(shí)，綜合分析了電磁干擾產(chǎn)生機(jī)理和抑制對(duì)策?？偟膩?lái)說(shuō)，電磁干擾主要采用濾波、屏蔽、接地，合理布局布線，挑選適當(dāng)?shù)脑骷碗娐芳夹g(shù)等方法。與其它電子設(shè)備一樣，為了達(dá)到電磁兼容性要求，采用一種方法往往是不夠的，需要綜合采用幾種方法，才能起到良好的效果。為了提高電子設(shè)備的電磁兼容能力，必須從開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就給予電磁兼容性以足夠的重視。

參考文獻(xiàn)

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