航空計算機電磁兼容性研究與應(yīng)用

李建英

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

[關(guān)鍵詞]計算機設(shè)備 電磁干擾 敏感 可靠運行 電磁兼容性

[中圖分類號]F224-39 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0069-01

1 引言

隨著自動化技術(shù)和半導體期間迅速發(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、弱電與強電交互工作的局面。近年來，由于機電一體化和測量與控制一體化的發(fā)展，形成了復雜的自動化系統(tǒng)，電磁環(huán)境和電磁干擾問題日趨復雜。

自然界的各種充放電現(xiàn)象和人類的各種用電活動，都會使空間電場和磁場產(chǎn)生有序或無須的變化。電磁環(huán)境及其變化過程對處于該環(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，簡稱EMC俗稱抗干擾）是指干擾可以在不損害信息的前提下與有用信號共存。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)定場所投入實際運行時，既不受周圍電磁環(huán)境的影響，又不影響周圍的環(huán)境，也不發(fā)生性能惡化和誤動作，而能按設(shè)計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)備不受周圍電磁干擾而能正常工作，又要注意電子設(shè)備本身不對周圍其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其它設(shè)備正常運行。

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：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耦合和輻射耦合。傳導耦合必須在干擾源和敏感設(shè)備之間有完整的電路連接。這個傳輸電路可包括導線、設(shè)備的導電部分、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)律向周圍空間發(fā)射，常見的輻射耦合有三：①干擾源天線發(fā)射的電磁波被敏感設(shè)備天線以外接收，稱為天線對天線耦合；②空間電磁場經(jīng)導線感應(yīng)而耦合，稱為場對線的耦合；③兩根平行線之間的高頻信息感應(yīng)，稱為線對線感應(yīng)耦合。

傳導耦合包括互傳導耦合和導線間的感性與容性耦合。輻射耦合包括近場耦合和遠場耦合。

電磁干擾敏感設(shè)備一般將端口分為以下5類：外殼端口；交流電源端口；直流電源端口；控制線＼信號線端口；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，就是在電子產(chǎn)品設(shè)計時，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)計時，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，降低對屏蔽和濾波的要求。

常見的接地方法有浮地、單點接地和多點接地三種。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)流的公共導線隔離開來，而且還可以使不同電位的電路之間的配合變得容易，它的主要特點是抗干擾性能好。單點接地的方法在低頻條件下效果好，多點接地的方案則在高頻條件下有較佳表現(xiàn)。與單點接地相比，多點接地的主要有點是接線比較簡單，而且在接地線上出現(xiàn)高頻駐波的現(xiàn)象也明顯減少。但多點接地系統(tǒng)中的眾多地線回路對線路的維護提出了更高的要求。應(yīng)為設(shè)備本身的腐蝕、沖擊振動和溫度變化等因素，都會使接地系統(tǒng)出現(xiàn)高阻抗，使其接地效果變差。

為了回避單點接地和多點接地的缺點，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，在實際設(shè)計時，通常采用混合接地方式。所謂混合接地，就是對電子系統(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旁路電容）與地平面相連，而其余各點采用單點接地的辦法。

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

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

傳導電磁干擾分為差模干擾和共模干擾兩種。在實際工作中，抑制電源傳導電磁干擾通過載流體傳播，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電磁干擾的重要手段，它對提高電子設(shè)備在電磁環(huán)境中運行的可靠性（電磁兼容性）有著重要的作用。

4 電磁兼容的設(shè)計思路

為了提高電子設(shè)備的電磁兼容能力，必須從開始設(shè)計時就給予電磁兼容性以足夠的重視。電磁兼容的設(shè)計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，要充分認識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)計時應(yīng)采取相應(yīng)對策，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

本文概述了電磁干擾和電磁兼容的基本知識，綜合分析了電磁干擾產(chǎn)生機理和抑制對策。總的來說，電磁干擾主要采用濾波、屏蔽、接地，合理布局布線，挑選適當?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，必須從開始設(shè)計時就給予電磁兼容性以足夠的重視。

參考文獻

[1]張國雄，《測控電路》機械工業(yè)出版社2004，2

[2]沙斐，《機電一體化系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)》中國電力出版社1999-5