测试转台测控系统电磁兼容性设计.doc

测试转台测控系统电磁兼容性设计测试转台测控系统不可能工作在绝对理想的环境下，因此它必然受到各种环境因素的影响这些影响包括：(1)外部环境对测试设备的影响;(2)测试设备电子线路内部各元器件之间的相互干扰外界环境干扰包括外界电磁场、电网波动等，而电子线路之间的互相干扰则主要是通过公共阻抗、线间分布电容及互感而相互影响测试设备电子线路不仅受到外界环境的影响，同时它也会向外界发射电磁波，给电网回馈波动，这种效应会对其它电子设备造成干扰因此其电磁兼容是研究该设备既不受周围环境的影响，又不给周围环境以这种影响的一门技术　　电磁兼容问题是一个非常复杂的问题，有些从原理设计时就可以考虑，如电源滤波，抗干扰的有源或无源滤波网络的引入或继电器等瞬间高压的吸收等而大部分的电磁兼容口问题如线间分布电容，由于其与具体的元器件的布局、走线等有关而难以在原理设计时就予以考虑即使能够考虑，也会因为需要在原理设计中加入一系列措施而使电路变得十分繁杂，反而会引入新的电磁兼容问题解决这类电磁兼容问题往往是从电路布局、信号走线等方面入手因此，电磁兼容技术很大程度上是一门工艺性技术　　随着测试设备精度及可靠性要求的提高，电磁兼容性问题变得越来越重要，一定程度上它是限制测试设备性能进一步提高的的主因素，而且电磁兼容性问题自始至终贯穿于测试转台测控系统的研制过程，因此必须从原理设计、印刷板设计到装配及设备调试都予以认真考虑。

2　测试转台测控系统的电磁兼容性设计　　测试转台测控系统设计可以分为三大部分：①控制柜电子线路设计;②台体布线，包括滑环布线、台体内走线、控制及测量电缆布线、感应同步器反馈信号及陀螺信号前置放大器设计等;③接地系统设计每一部分在运行过程中都会遇到如下几方面干扰：①传导性耦合干扰;②电容性耦合干扰;③电感性耦合干扰解决其干扰问题一般从以下几方面着手：①系统内干扰的抑制;②干扰途径的抑制但无论从原理上讲还是从实践上讲，干扰源的抑制是解决干扰最有效的方法下面分别从每一部分出发来讨论其电磁兼容性设计2.1　控制柜电子线路的电磁兼容性设计　　每个控制柜由若干控制箱构成，而控制箱内的电子线路采用了模块化设计每个控制箱的电磁兼容性设计大致可分为四个方面：①主电子线路印刷板设计;②外引线设计;③公用底板设计;④控制箱装配工艺设计2.1.1　主电子线路印刷板设计　　首先讨论如何减小主线路板对外界的干扰测控系统中任何电子线路都会对外界产生传导性耦合干扰、电容性耦合干扰和电感性耦合干扰，只是大部分线路在某些方面的干扰并不突出，不作为明显的干扰源　　在主电路中往往既有数字电路又有模拟电路为了抑制数字电路造成的电源波动耦合干扰，在板内每一个芯片的Vcc和GND之间要接入旁路电容，以便该芯片造成的电源波动被就近吸收，减小其对其它芯片的影响。

在接入旁路电容时应尽可能靠近芯片，使Vcc-GND通过旁路电容构成的回路面积最小，而且Vcc和GND的走线应尽可能短而粗　　为了防止每一块印刷板通过Vcc、GND对其它印刷板造成传导性耦合，其Vcc-GND入口处要接入一个大容量的电解电容，并入一个0.1 μF的高频电容，以吸收该板的电平波动　　数字电路中各信号之间的容性和感性耦合有时难以避免，但因为数字电路本身具有很大的噪声容限，这种耦合并不会造成严重的影响同时数字电路中很少有大电压和大电流信号，因此它对外界的电容性和电感性耦合可以忽略抑制数字电路的容性和感性耦合的方法是对每块印刷板外加接地良好的金属壳，以起到电磁屏蔽效果　　测控系统中模拟电路大多处理的是直流小信号，因此一般不会对外界造成明显的容性和感性耦合干扰但也有一部分是处理交流大信号，如测角系统中的激磁电源，它是一个2 kHz的正弦交变信号，能产生变磁场，因此容易对外界造成干扰在设计印刷板时没有有效的方法来避免板内的干扰，只能通过加大干扰回路和被干扰回路的距离来减小它的影响，或适当采用屏蔽线的方法来抑制该控制板对其它印刷板的这种磁干扰也只能通过对整块板的屏蔽来抑制　　一般来讲，电子线路中大电流回路和大电压回路容易造成电感性和电容性耦合。

在测试转台测控系统中，为了减小功耗，采用了数字功放由于数字功放采用了含有高频大电压调制信号的数字PWM方式驱动，同时电机绕组又是一个电感性负载，因此它会对外界造成严重的电容性耦合干扰但由于流过绕组的电流并不大，故它不会造成大的电感性耦合干扰产生这种干扰的原因是驱动器中开关的通断瞬间感性负载会产生很高的尖峰电压，而容性干扰的大小同这一电压成正比抑制数字功放的这种干扰应从以下几方面入手：　　①开关二端加合理的吸收电路;　　②在感性负载或A、B、C三相之间并入高压高频电容;　　③在IGBT功　　率开关驱动电路上设法减缓开关的导通、关断速度，使其基极驱动波形变缓，这样将使开关器件在导通和关断瞬间均有很大的压降，从而消除负载上的尖峰电压，降低其对外的电容性干扰　　以上讨论了如何在设计时消除或抑制主电路对外界的各种干扰下面将讨论在设计主电路印刷板时如何抑制外界干扰　　在数字电路中，传导耦合主要是通过电源和地线引入的上面曾谈到的在Vcc-GND之间加滤波电容已从很大程度上抑制了这种耦合，因此下面主要讨论如何抑制容性和感收耦合对于感性耦合，从设计上要避免印刷线构成环路，当然包括电源线和地线，这样既可以消除地环流，又使其不受外界磁场的干扰。

对于容性耦合，要设法减小信号线之间的分布电容，因此应注意以下几点：a.尽可能避免二信号线的长距离平行布线;b.强信号同弱信号尽可能不要贴近布线;c.布线时尽量不要从管脚间穿行，对于高频信号尤其如此;d.时序逻辑电路的输入、输出线最易引入干扰，因此应避免过长引线其输出尽量不要跨板驱动，必要时应先加缓冲隔离，如测角系统中经20 MHz分频得来的10 kHz、20 kHz等时间基准在板间传输时，应先加缓冲驱动以隔离传输线引入的回扰;e.经传输线传输的信号可能会发生畸变，因此应在下一级电路的输入处加施密特整形　　数字电路中往往会有许多引脚空闲不用，由于其缺乏确定的电平而容易引入干扰，其中时序逻辑组合比逻辑电路更易受干扰，如测角系统中的计数电路、单双稳电路等，一个干扰脉冲有可能造成其状态的误翻转因此要将其不用的输入端依设计要求分别接至GND或通过1 kΩ电阻接至Vcc由于时序逻辑电路的输出端可能是其内部的输入，其闲置的输出端也要避免悬空，而应对地接入1 000 Pf高频电容　　同数字电路相比，模拟电路的抗干扰问题更难解决在数字电路中传导耦合一般不造成多大问题，但对模拟电路来讲，这种干扰却必须引起高度重视。

　　正如前面讲到的，传导耦合的最常见形式为公共地线耦合，而消除传导耦合的最有效的方法是一点共地有时由于受到印刷板空间的限制不可能使每一个单元电路的地全部是一点共地(有时也不必要)，因此常遵循的原则是：单元电路一点共地，然后接入公共的地线上去这对多级线路来讲仍存在着公共地线的传导耦合，此时应注意在安排线路时不让大信号回路的电流流过小信号回路，以尽量减小大信号回路对小信号回路的干扰例如在测角系统中激磁电源从信号发生到其输出共有多级电路，一般由运放单元电路组成，每个单元电路要一点共地，即其输入、输出及工作电源的地要尽可能从一点引出，然后连接到地母线上在这种线路中，模拟工作的电源地线要从大信号单元电路即激磁输出级的“地”处接入，而不应在信号发生处接入　　对于测角中的粗、精反馈信号及主控系统的测速机反馈、陀螺信号的前置处理电路等模拟线路设计，除了注意以上几点外，尤其还要注意输入信号的“地”应在其多级处理线路的最前级处接入，而不应随便将输入信号的“地”接自系统任意点的“地”由于输入端一般比输出端的信号要小，故此处遵循单元电路的一点共地原则更重要　　除上述常见的传导耦合外，模拟电路中还有其它性质的传导耦合如接触电阻变化，尤其是采用大量运放的模拟电路，由于其输入端对各种噪音比较敏感，其同、反相端尽量不要直接同可调电位器的滑动端相连(滑动端具有大的接触噪声)。

　　正如以上谈到的，运放的同、反相端(尤其是作为“虚地”的同相端)对噪音非常敏感，因此模拟线路中抑制电容性和电感性耦合，尤其是电容性耦合要特别注意避免这些引脚直接引入干扰对于高增益、高阻抗和小信号放大电路更要注意这一点　　为了避免电容性干扰，连接运放的同、反相端的引线不宜过长，尤其应避免直接从前面板上的电位器一端到运放的输入端的引线对于高输入阻抗、高增益及宽带运放电路，除了一般的措施外，还应采取同、反相端的屏蔽和其它装配工艺措施关于这类电路的电磁兼容性设计在感应同步器前放设计中论述，此处不做详细讨论2.1.2　外引线的设计　　测试转台测控系统采用了模块化设计，每块印刷板都经过底板上的88芯片插座进行信号通讯，因此印刷板上的外引信号都通过88芯片插座实现由于88线插座将各种信号集中，信号间的相互影响相对比较严重为减小通过该插座引入的电容和电感性耦合，在安排信号引线时应该将所有信号如电源信号、输入信号、输出信号、强信号或干扰信号、弱小信号加以区分，合理布线　　除分开安排信号引脚外，对于某些干扰源信号，如测角系统中的激磁信号和陀螺参考信号及易受干扰的信号线如陀螺输出的信号，还应实行引脚间的屏蔽。

这可以通过在二类信号之间安排隔离地线来实现2.1.3　底板设计　　底板是模块化设计的转接件，为各模块间提供通讯总线因此其信号线安排以及电容性耦合干扰抑制等同各模块的外引线的处理原则一样除此之外，底板为各模块提供公共的电源和地线，因此如何抑制传导耦合是底板设计的主要内容　　为减小公共地阻抗的传导耦合，地线应尽量采用大的地平面，而且数字地和模拟地要分开走线，在底板上一点共地为了实现大面积地，二个地只能安排在88芯插座的二边，即A1、B1(数字地)、A44、B44(模拟地)，这样为在底板的四周安排大面积地提供了可能　　底板上各印刷板插槽的安排应符合单元电路一点共地和多级电路的大电流不流过小电流回路的原则，因此将电流变化大的模块安排在靠近电源输入点的插槽里，其余插槽依每块模块电流及电流变化大小排列例如主控系统中的主控模块是数字模块，它的电流变化较大，因而带给公共阻抗上的传导耦合干扰将最严重，故应将它安排在靠近电源引入点，而ADDA及陀螺伺服前置处理依次远离主控板还如测角系统中，激磁输出板尤其是精激磁输出板流过的电流大，计算机处理板的电流变化频繁，应该靠近电源输入口布置母板插槽粗、精检零板由于要处理反馈信号而易受到干扰，故应远离电源输入口。

另外，在测角中还要注意其它噪声干扰，如热源造成的温度变化对激磁正交度及幅值等的影响，因此在安装数字电源时应充分考虑这一点2.1.4　控制箱装配工艺设计　　控制箱装配工艺包括每个箱中的交、直流电源引线、布局，显示指示灯引线、散热风扇、后面板引线设计等　　电源装配线是引入电网噪音、外界磁场干扰的一条主要途径，同时它还会产生交变磁场和通过分布电容给测控系统本身造成干扰，因此这一部分的电磁兼容问题必须引起足够的重视　　电源系统一般包括引线、电源滤波器、直流开关电源及其它辅助线路提高这部分线路的抗干扰能力主要是通过配线方式、安装位置等装配工艺来实现的首先220 V交流进线到电源滤波器的引线距离应尽可能短，因此将滤波器装在后面板的220 V进线处最好否则由于引线为大电压交变信号，其走线过长，则同电子设备线路之间的分布电容大，电场干扰严重，交变磁场的影响区域也大电源滤波器的输入线和输出线不应捆扎在一起平行敷设和公用一个屏蔽层，否则滤波后的交流信号中会耦合进干扰信号使滤波器失去作用同样地滤波器输出线到开关电源的交流进线间的距离应尽量短，而且必须采用双绞屏蔽方式交流的保护地线应单独走线，不应同220V的零、火线一起绞扭并共用一个屏蔽层，开关电源的直。