基于分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC

摘 要：為了解決綜合ATS電磁兼容性問題，在研究綜合ATS工作過程、分析影響綜合ATS的EMC因素基礎(chǔ)上，介紹了采用屏蔽、濾波、合理布線、接地等幾種硬件解決EMC的方法。提出了采用分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC方法，該方法將綜合ATS的所有信號分別進行控制，實現(xiàn)了在弱化其他信號的基礎(chǔ)上對各被測信號的單獨測量，從而減少其它信號的干擾和影響，解決了綜合ATS的EMC問題。經(jīng)過試驗驗證，通過該方法可以大大提高綜合ATS的可靠性。該方法對提高大型復(fù)雜裝備的可靠性有一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞：分時靜電技術(shù)； ATS； EMC； 信號弱化

中圖分類號：TN70834 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004373X（2012）22012703

收稿日期：20120426 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，裝備綜合自動測試系統(tǒng)綜合（Automatic Test System，ATS）已越來越多地取代傳統(tǒng)的測試設(shè)備，成為各大型復(fù)雜裝備的重要保障裝備。飛機綜合自動測試系統(tǒng)的功能是完成對被測單元的功能和性能測試及故障檢測與隔離，因此綜合ATS的可靠性和可信性應(yīng)該比被保障的大型復(fù)雜武器裝備的可靠性和可信性更高。由于綜合ATS技術(shù)復(fù)雜、涉及學(xué)科門類多、小批量或單臺生產(chǎn)、使用時電磁環(huán)境復(fù)雜等特點，其可靠性還不是很高。其中電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）是影響其可靠性的主要因素。本文在介紹綜合ATS基礎(chǔ)上，分析了影響EMC的原因，提出采用分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC。

1 影響綜合ATS電磁兼容的主要因素

1.1 綜合ATS的組成及工作過程

綜合ATS的組成［1］框圖如圖1所示，主要由控制器（計算機）、信號源、測量儀器、開關(guān)系統(tǒng)、測量夾具及適配器等組成。其工作過程為：自動測試系統(tǒng)將產(chǎn)品測試所需的資源（測量儀器、激勵源、開關(guān)系統(tǒng)、電源等）集成到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)之中，測試過程由系統(tǒng)中的控制器（計算機）通過執(zhí)行測試軟件來控制。系統(tǒng)中，信號源提供測試被測設(shè)備（Unit under test，UUT）所需的各種激勵信號（電源、微波信號源、模擬器、函數(shù)發(fā)生器輸出，D/A轉(zhuǎn)換器輸出等）送往UUT。測量儀器（主要是數(shù)字多用表、A/D轉(zhuǎn)換器、頻率／計數(shù)器、示波器、頻譜儀、功率計等）則用來測量UUT各測量點在施加激勵后的響應(yīng)。開關(guān)系統(tǒng)按照控制器的命令將信號切換到所要求的路徑［2］。控制器通常為通用微型計算機或嵌入式微型計算機，用來控制整個測試過程并處理所測得的數(shù)據(jù)。人機接口是操作員與ATE進行交互的工具，主要包括CRT顯示器、鍵盤、打印機等。測量夾具及適配器是UUT與ATE的接口［3］。

1.2 影響綜合ATS電磁兼容的主要因素［1，45］

由圖1的工作過程中可以看出：在綜合ATS中，不僅存在各種信號源、各種測量儀器、控制器、開關(guān)系統(tǒng)等自身的影響，還包括它們之間的相互影響。在這個集成的統(tǒng)一系統(tǒng)中，存在各種復(fù)雜信號，這些信號不僅包括模擬信號（在圖1中，信號源到開關(guān)系統(tǒng)、開關(guān)系統(tǒng)到測量儀器、開關(guān)系統(tǒng)與適配器等之間都存在模擬信號），還包括數(shù)字信號（如人機接口與控制器、控制器與信號源、測量儀器、陣列接口以及信號源與開關(guān)系統(tǒng)等之間都存在數(shù)字信號）。如果將這些模擬信號和數(shù)字信號相互捆扎，就會帶來相互影響，因此模擬信號和數(shù)字信號存在電磁兼容性問題。在模擬信號中，還存在高、中、低頻信號、直流信號。高頻信號（包括微波信號）如信號源中微波信號源加到適配器的信號或UUT輸出加到適配器再到測量儀器的微波信號；低頻信號如信號源加到適配器的視頻信號以及UUT輸出加到適配器再帶測量儀器的低頻信號；如果將這些信號相互捆扎或靠近，也會帶來電磁兼容性問題。

針對上述各種電磁兼容性問題，綜合ATS的EMC主要采取屏蔽、濾波、合理布線、接地等措施［49］。

2.1 屏蔽、濾波

綜合ATS的EMC的屏蔽通常采用綜合屏蔽。如機箱在設(shè)計加工時，采用金屬鋁作原材料，減小儀器間的輻射干擾。調(diào)理電路和控制電路設(shè)計時，對靈敏度較高的部分加屏蔽罩。屏蔽罩主要用于電屏蔽和磁屏蔽。主要采取的措施為：通過屏蔽體必須良好接地、正確選擇接地點、合理設(shè)計屏蔽體的形狀、注意屏蔽材料的選擇、多重屏蔽，采用合理布置接縫與磁場的相對方位等。濾波主要采用無感濾波電容。主要采用的措施是：采用電源濾波設(shè)計技術(shù)，減少電源引線的干擾。系統(tǒng)中的電源種類多，引線長，在系統(tǒng)集成時，電源引入端采用磁環(huán)扼流圈抑制尖端干擾，調(diào)理電路和控制電路設(shè)置去耦電路和濾波電容，以防止相互干擾。可以較好地解決高頻小信號容易受電源串?dāng)_、空間干擾等問題。

2.2 布線、接地技術(shù)［69］

布線：大電流信號、高頻信號、低頻信號、微弱信號分別走線，必要時采用電纜防波套進行屏蔽。

采用單點接地：系統(tǒng)集成時，機箱內(nèi)部鋪設(shè)有接地條，接地條作為系統(tǒng)的參考“地點”與大地相連，儀器、設(shè)備的接地點都與接地條相連。對于多引線系統(tǒng)，每個屏蔽層應(yīng)在一點接地，且各屏蔽層應(yīng)相互絕緣。為了滿足電磁兼容性要求，應(yīng)盡量縮短屏蔽層長度，其引線長度L應(yīng)小于0.15λ（λ為系統(tǒng)最高工作頻率相對應(yīng)的波長），并且單點接地。

多點接地：當(dāng)引線長度大于0.15λ的電纜，要求采用間隔為0.15λ多點接地方法，若屏蔽層按0.15λ的間隔接地不能實現(xiàn)時，則至少將屏蔽層的兩端都接地。對于高頻（高于10 MHz）建議采用多點接地。對傳輸?shù)哪M信號，采用屏蔽線傳輸。低頻信號采用屏蔽層單端接地，高頻信號采用屏蔽層多點接地。

3 采用分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC

3.1 分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC方法

系統(tǒng)設(shè)備間產(chǎn)生電磁干擾［4］，必須存在三個因素，即電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備，如圖2所示。所以，在解決電磁兼容問題時，只要消除其中某一個因素，就能解決電磁兼容問題。因此，如果消除電磁干擾源，就可以解決綜合ATS某些問題。

圖2 電磁干擾途徑綜合自動測試系統(tǒng)中的主要電磁干擾源是激勵信號源、模擬器以及控制信號。而激勵信號源主要是微波信號源、高頻信號源以及脈沖信號源。這些信號通過導(dǎo)體耦合、共電阻耦合和電磁場耦合影響到其他系統(tǒng)，從而影響到綜合ATS對UUT的測試。自動測試系統(tǒng)是將產(chǎn)品的測試過程自動化，這就需要有效地管理綜合ATS內(nèi)部的工作狀態(tài)。而消除電磁干擾源最有效的方法是將某些測試項目中不用的信號源去掉或使輸出很小，例如在測試?yán)走_性能的過程中，測試接收機靈敏度時需要用到微波信號源，而在測試發(fā)射機等其它項目中則不用微波信號源；在每個設(shè)備測試過程中用到的各自模擬器，在其它設(shè)備測試過程中則不用；同樣，各設(shè)備測試過程中用到的控制信號也并不是一樣的，有的設(shè)備測試過程中就不用控制信號。分時靜電技術(shù)就是將設(shè)備測試過程中沒用到的信號源、模擬器、控制信號采用軟件的方法關(guān)閉或輸出最小。而對于現(xiàn)代信號源、測試儀器做到這一點并不困難。

3.2 分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC流程框圖

假設(shè)，在綜合ATS用到的信號源有ns個，用到的模擬器有nm個，用到的控制信號有nc個，測試的項目有ni個，采用分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC流程框圖如圖3所示。在綜合ATS某個任務(wù)測試之前，檢查ns個信號源哪個用到，哪個沒用到，將沒用到的信號源的電源關(guān)閉或?qū)⑿盘栞敵鲎钚。玫降男盘栐凑_設(shè)置其參數(shù)；同樣對nm個模擬器進行檢測，將沒用到的模擬器的電源關(guān)閉或?qū)⑵漭敵鲎钚。玫降哪M器正確設(shè)置其參數(shù)；將沒用到的控制信號輸出為0，而用到的信號源正確設(shè)置其參數(shù)，然后進行此任務(wù)的測試。而在進行下一個任務(wù)測試時，重復(fù)上述過程。

圖3 綜合ATS分時靜電流程圖4 結(jié) 語

分時靜電技術(shù)通過軟件可以解決綜合ATS的電磁兼容性問題，它可以彌補硬件解決綜合ATS的電磁兼容性問題的不足。通過分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC可知：

（1） 分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC應(yīng)該結(jié)合硬件進行，它是在硬件采用屏蔽、濾波、接地等解決EMC基礎(chǔ)上對硬件互補，不能因為采用分時靜電技術(shù)而放棄硬件措施。

（2） 分時靜電技術(shù)解決綜合ATS的EMC在小信號檢測中可以起到至關(guān)重要的作用，如在雷達、通信接收機靈敏度的檢測過程中，沒采用分時靜電技術(shù)比采用此技術(shù)的干擾信號高一到兩個數(shù)量級。

參 考 文 獻

［1］ 李行善，左毅，孫杰.自動測試系統(tǒng)集成技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［2］ 梁旭，李行善.基于測試引擎的自動測試系統(tǒng)軟件設(shè)計［J］.電子測量與儀器學(xué)報，2006，20（5）：1116.

［3］ 孫寶江.自動測試系統(tǒng)適配器自動設(shè)計技術(shù)［J］.航空學(xué)報，2007，28（3）：702707.

［4］ VANCE E F. Electromagneticinternee control ＼[J＼]. IEEE Trans. on International Symposium on Electromagnetic Compatibility， 1980， 22： 319328.

［5］ 保羅.電磁兼容導(dǎo)論［M］.聞映紅，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［6］ 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.GJB121091接地、搭接和屏蔽設(shè)計的實施［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

［7］ 陳金玉.綜合自動化系統(tǒng)中電磁兼容的接地技術(shù)及其實踐［J］.航空計測技術(shù)，2004（2）：5254.

［8］ 蘇曉華.電子設(shè)備的接地技術(shù)［J］.安全與電磁兼容，2004（1）：3942.

［9］ SMITH T S， PAUL C R. Effect of grid spacing on the inductance of ground grids ＼[C＼]// Proceeding of the 1991 IEEE International Symposium on EMC. ＼[S.l.＼]： Cherry Hill， 1991： 201209.

作者簡介： 邢福成 男，1965年出生，副教授，碩士。研究方向為雷達工程、電子對抗。