PSM型150kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)抗干擾性設(shè)計(jì)

閻婷婷

【摘要】 由于大功率短波發(fā)射機(jī)工作環(huán)境的特殊性，高頻信號(hào)極容易對(duì)弱電信號(hào)產(chǎn)生干擾，造成錯(cuò)誤指令，影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，抗干擾設(shè)計(jì)在發(fā)射機(jī)自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)中至關(guān)重要。

【關(guān)鍵字】 高頻 大功率短波發(fā)射機(jī) 抗干擾

電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）是干擾電纜信號(hào)并降低信號(hào)完好性的電子噪音，EMI通常由電磁輻射發(fā)生源（干擾源）產(chǎn)生，是干擾源把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)象。根據(jù)介質(zhì)的不同，電磁干擾可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種；其中，傳導(dǎo)干擾的通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)耦合；輻射干擾通過(guò)空間耦合。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類(lèi)接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。大功率短波發(fā)射機(jī)房的電磁環(huán)境較差，主要是由于高頻信號(hào)、殘波輻射等的干擾，極易對(duì)線路產(chǎn)生影響，造成邏輯誤動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重大隱患。因此，發(fā)射機(jī)自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的抗干擾設(shè)計(jì)，是一個(gè)尤為重要的環(huán)節(jié)。PSM型150kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)主要有三個(gè)方面：運(yùn)用屏蔽技術(shù)和接地技術(shù)消除干擾、限位信號(hào)處理及FPGA內(nèi)部抗干擾性設(shè)計(jì)。

一、運(yùn)用屏蔽技術(shù)和接地技術(shù)消除干擾

為有效的抑制電磁波的輻射和傳導(dǎo)及高次諧波引發(fā)的噪聲電流，將電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)諧系統(tǒng)的連線都采用屏蔽線，將屏蔽線的銅皮接地；將屏蔽線用銅管包住，拐彎處用蛇皮線轉(zhuǎn)接，蛇皮線接地。

二、限位信號(hào)的處理

電機(jī)的限位信號(hào)是非常重要的信號(hào)，下限位信號(hào)作為精確定位的參考點(diǎn)，上限位信號(hào)作為防止電機(jī)誤動(dòng)作而損壞元件的保護(hù)信號(hào)，由于在邏輯上設(shè)計(jì)的是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到上限位時(shí)FPGA只能送出反轉(zhuǎn)信號(hào)，不能夠正轉(zhuǎn)；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到下限位FPGA只能夠送出正轉(zhuǎn)信號(hào)，不能夠反轉(zhuǎn)，此為在邏輯上對(duì)電機(jī)限位進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電機(jī)限位信號(hào)被干擾時(shí)，若上限位被干擾，則電機(jī)無(wú)法正轉(zhuǎn)，反之無(wú)法反轉(zhuǎn)。

FPGA輸入電路是發(fā)光二極管的N極，并且串入一個(gè)限流電阻，限位開(kāi)關(guān)也采用光電三極管的集電極進(jìn)行輸出，由于限流電阻的存在，使得限位開(kāi)關(guān)的三極管不能夠很好的工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，造成在正常狀態(tài)下（電機(jī)不在限位時(shí)），三極管不能很好的導(dǎo)通，而是工作在放大區(qū)，使得輸入電壓過(guò)高，從而會(huì)引入干擾為了增強(qiáng)其抗干擾性能，引入限位比較器，如圖1所示。

左邊的一個(gè)凹槽狀的器件即為光電限位開(kāi)關(guān)，由兩個(gè)器件組成，一個(gè)發(fā)射端、一個(gè)接收端，發(fā)射端的發(fā)光二極管采用330Ω1/2W的電阻限流，S1為機(jī)械開(kāi)關(guān)，平時(shí)為長(zhǎng)閉狀態(tài)，一般只有光電限位損壞才能夠起作用，損壞后需對(duì)光電限位進(jìn)行檢修。當(dāng)電機(jī)不在限位狀態(tài)時(shí)，擋片離開(kāi)凹槽，此時(shí)光敏三極管導(dǎo)通，由于有R2的上拉電阻存在，并且電阻值為10KΩ，使得光敏三極管很好的導(dǎo)通，工作在飽和狀態(tài)，將放大器LM324的正向輸入端拉低，電平接近于0；此時(shí)調(diào)節(jié)電位器R3的值，使得LM324的反向輸入端變高，當(dāng)電壓高過(guò)線上進(jìn)入的串?dāng)_電壓時(shí)，即可將干擾信號(hào)濾除，并且將邏輯“0”送入FPGA輸入端。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到限位時(shí)，必須使得LM324的正向輸入端足夠大，即高于反向輸入端的電壓，此時(shí)將邏輯“1”送入FPGA進(jìn)行判斷。此電路濾除干擾的關(guān)鍵是使得限位開(kāi)關(guān)工作到飽和狀態(tài)，并且引入門(mén)限電壓。

三、FPGA內(nèi)部抗干擾性設(shè)計(jì)

很多輸入信號(hào)送入FPGA并不是直接進(jìn)行判斷，而是采用時(shí)鐘采樣的方式先進(jìn)行濾波，將可能產(chǎn)生毛刺的信號(hào)進(jìn)行處理，一般是根據(jù)信號(hào)的性質(zhì)采取不同的措施，這里不再贅述。同外部電路以及外部相關(guān)線路相比，在FPGA內(nèi)部產(chǎn)生的信號(hào)不會(huì)被干擾。所以，F(xiàn)PGA的抗干擾性設(shè)計(jì)的基本原則就是盡量免去不必要的外部輸入信號(hào)，將大部分的信號(hào)盡可能的作到芯片內(nèi)部。對(duì)于2路腔體、6路、8路電感，要求只能夠在粗調(diào)過(guò)程中可以轉(zhuǎn)動(dòng)，在細(xì)調(diào)過(guò)程或播音過(guò)程中，不允許此3路電機(jī)動(dòng)作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況經(jīng)驗(yàn)，在系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)調(diào)過(guò)程中，高頻信號(hào)封鎖解除，很容易引入干擾，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)干擾碼盤(pán)計(jì)數(shù)脈沖，造成2、6、8路動(dòng)作，引起打火。解決辦法是在FPGA內(nèi)部直接利用狀態(tài)信號(hào)“粗調(diào)細(xì)調(diào)”信號(hào)進(jìn)行控制，在細(xì)調(diào)過(guò)程中，利用“粗調(diào)細(xì)調(diào)”狀態(tài)信號(hào)將實(shí)際位置計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖封鎖，濾除干擾脈沖，同時(shí)強(qiáng)行將2路氣泵控制信號(hào)封鎖，將2、6、8路電機(jī)的控制脈沖封鎖。

為了確保運(yùn)轉(zhuǎn)在高頻環(huán)境下的弱電設(shè)備正常使用，其抗干擾設(shè)計(jì)，尤其是自動(dòng)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)極為重要。對(duì)弱電設(shè)備的選型、弱電系統(tǒng)的組成配置、電纜管線的布置、系統(tǒng)調(diào)校時(shí)分析干擾性質(zhì)及來(lái)源等全過(guò)程均需采取有效的措施，以確保整個(gè)弱電系統(tǒng)的電磁兼容性滿(mǎn)足要求。