光电潜望镜的电磁兼容设计

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Design of the Electromagnetic Compatibility of Optical PeriscopesZHU Hailong(Military Representative Ofice of Wuhan Military Representative Ofice in Yichang Region，General Armament Department，Yichang Region，Yichang 443005，China)Abstract This article focuses on the optical periscope，describes the hazards of electromagnetic interference onelectro-optical periscope proceeding from the three elements of electromagnetic interference and analyses optical peri-scope sources of interference and suppression of interference design strategy.The power electromagnetic compatibilitydesign of optical periscope products，electromagnetic compatibility design of input and output signals，electromag-netic compatibility design of printed circuit board，grounding design，and shield design are presented respectively。

Practical applications show that the electromagnetic compatibility of the products fuly meets the relevant requirementsof GJB15 1 A and GJB1 8 1 A with effective measures taken in the electromagnetic compatibility design。

Keywords optical periscope；electromagnetic compatibility；electromagnetic interference；filtering；screen电磁兼容 (Electro Magnetic Compatibility，EMC)是涉及多种学科的综合性科学，对电子行业来说，这种技术的目的在于使设备或系统在共同的电磁环境中，即不受电磁环境的影响能够正常工作，也不会给环境带来严重的电磁污染，以及影响其他设备或系统的正常工作。电磁兼容设计是指在产品研发过程中，需要采取的降低电磁干扰发射和提高抗干扰能力的技术措施 ，保证实现所引用标准规定的各项电磁兼容指标要求。

光电潜望镜集成了较多的光电传感器及信息化组件，众多电子设备集中在潜望镜内部镜管狭窄的空间内，电磁环境复杂，给电磁干扰的产生和传播提供了条件和途径，为保证各种电子设备的正常工作，必须控制电磁干扰，使整个产品电磁兼容性满足 GJB151A4 和GJB152A 中的相关规定。

收稿 日期：2013-02-06作者简介：朱海龙 (1979-)，男，工程 师。研 究方向：光 电产品研发及检测，质量控制等。E-mail：ycjdszhl###163.COB1 电磁兼容设计基本方法产品电磁兼容(EMC)设计总的目标，是实现产品在指定电磁环境中的电磁兼容性。对于-般整机产品，电磁兼容 (EMC)设计 目标是：实现产品本身的电磁兼容，即不因产品内部的电磁干扰而使该产品不能正常工作；或者为适应产品定位、市场准入而必须满足特定的电磁兼容标准 J。在光电潜望镜产品设计阶段就考虑电磁兼容设计，成本最低，实现最容易。电磁兼容设计依据应从电磁干扰三要素着手，电磁干扰的模型如图 1所示。

电磁干扰源----叫 耦合路径---.1接收器控制发射 I l 控制易受干扰性(减少噪声源级别)I l (降低电磁辐射)(降低电磁辐射)l l(增加接收器干扰能力)图 1 电磁 干扰 模型的组成电磁兼容问题的分析解决方法：(1)确认干扰源，WWW.dianzikeji.0rg - - 35朱海龙：光电潜望镜的电磁兼容设计抑制干扰源。(2)确认干扰耦合机制、减小干扰源和接收器之间的耦合。(3)按最小灵敏度要求设计接收器。(4)通过实践确认结果。

2 光电潜望镜电磁兼容设计在光电潜望镜设计中，集成了较多的红外、激光、图像存储、无线发射及信息化部件，所有连接电缆都在产品内部走线，各电气部件联调复杂，要解决的电磁兼容及干扰问题较多，因此该设备的电磁兼容设计是-项系统工程 。

2.1 电源由于设备采用开关电源进行供电，因此对电源进行滤波处理尤为重要，使用电源线滤波器需要注意以下几个问题：(1)选用滤波器要考虑插入损耗 ，在实际使用条件下，滤波器的插入损耗会有所降低，选取滤波器时在计算值上应加 20 dB的余量。(2)滤波器的安装位置应靠近电源线的人口，且滤波器的电源输入线应尽量短。(3)滤波器输入线和输出线不能过近，特别在装配中不能将输出线与输入线平行捆扎，以防高频干扰信号通过输入线和输出线直接发生耦合，从而使滤波器失效。(4)滤波器应正确接地，理想的安装方式是将滤波器外壳大面积贴在金属壳的导电表面上，不能靠单根导线接地。图2所示是在开关电源的输出端接滤波器后，对直流成分上混有的干扰有较大的衰减 。

∞ 强萌- lO源O.2 O.4 l 2 4 8 2O频率/MHz图2 电源滤波器对开关电源干扰的抑制效果2.2 输入、输出信号由于电源线和输入、输出信号电缆线通常距离较近，当信号电缆上有较强的传导干扰时，会导致设备的耦合辐射发射超标 。同时任何穿过屏蔽体或隔离体的电缆都会破坏原有的屏蔽效果和隔离效果，因此-定要对信号电缆采取措施，较有效的方法是在接口处使用滤波器或滤波连接器。

(1)对于信号线滤波，并要求滤波器在数 GHz的频率范围内有效。要实现这个 目的，滤波器必须安装在面板上，当面板上要安装的滤波器数量较多时，可以采用滤波阵列板。

(2)采用滤波连接器可以有效地滤除不必要的高频成分，滤波连接器的外形与普通连接器完全相同，可以直接取代普通连接器，不同的是滤波连接器的每个针(孔)都安装了-个低通滤波器，滤除信号线上的高频干扰，从而减小电缆上的辐射干扰。

(3)使用滤波阵列板或滤波连接器时，应注意确定滤波器的截止频率，最可靠的方法是通过试验来确定；另外要注意在滤波器与壳体的结合处使用电磁密封衬垫，否则滤波器与壳体之间的缝隙会产生较强的电磁泄漏。

2.3 印制电路板印制电路板的设计最为重要，设计 目的是使板上各部分电路之间没有相互干扰，印制板对外的传导发射和辐射发射旧能降低，外部传导干扰和辐射干扰对板上的电路基本无影响，达到有关标准要求。在实际设计中，主要从印制板类型的选取，元器件的布置，地线、电源线、高速信号线，低速信号线的布置等几方面考虑。

(1)印制电路板的选龋印刷电路板有单面、双面和多层板之分，单面和双面板-般用于低、中密度布线的电路和集成度较低的电路。多层板适用于高密度布线、高集成度芯片的高速数字电路。

(2)元器件布置。首先应对板上的元器件按使用电源电压分组，再按数字与模拟、高速与低速以及电流大小等进-步分组。不相容的器件分开布置，所有连接器尽量 放在印制板 的-侧，高速器件 (频率 >10 MHz或上升时间 <2 ns的器件)旧能远离连接器。I/O驱动器则应紧靠连接器，以免 I/O信号在板上长距离走线，与干扰信号耦合。

(3)地线的布置。布置地线时首先考虑的问题是分地”，即根据不同的电源电压，数字电路和模拟电路分别设置地线。在多层印制板中有专门的地线层，在地线层上用划沟”的方法分地。但分地并不是把各种地完全隔离，而是在适当的位置把不同的地短接起来，以保证整个地线的电连续性，短接通道有时也称为桥”。多层板信号层上的高速信号轨线不能横跨地线层上的沟。A/D变换器芯片如只有-个地线引脚，则该芯片应芭在连接模拟地和数字地的桥上，避免数字信号回流绕沟而行。连接器不跨装在地线沟36 - - www.Clializikeji.0rq朱海龙：光电潜望镜的电磁兼容设计上，因为沟两边的地电位可能差别较大，从而通过外接电缆产生共模辐射骚扰。

(4)电源线的布置。印制板上的电源供电线由于给板上的数字逻辑器件供电，线路中存在瞬态变化的供电电流，因此将向空间辐射电磁干扰；供电线路电感又将引起共阻抗耦合干扰；同时会影响集成片的响应速度和引起供电电压的振荡。-般采用设置滤波器、去耦电容和减小供电线路特性阻抗的方法来抑制电源线中存在的骚扰。

(5)信号线的布置。不相容的信号线应相互远离，不要平行走线；分布在不同层上的信号线走 向应相互垂直 ；信号线的布置应根据信号的流向顺序安排 ，-个电路的输 出信号线不要再折回输入信号线区域；高速信号线应旧能地短，必要时应采用相应的屏蔽措施；信号线应考虑阻抗匹配问题，全程走线的特性阻抗应保持不变；时钟发生器如有多个负载，则所有 的时钟负载应直接与时钟功率驱动器相互连接。

2.4 接地设计接地技术起源于强电技术，通常强电技术的接地是指与大地相接，而光电潜望镜在使用时，是不与大地相连的，因而此处把 电信号 的基准 电位点称之 为地”。参考接地为产品稳定可靠工作提供参考电平，为电源和信号提供基准电位。参考接地与大地相连，可抑制电磁干扰○属外壳直接接大地，还可以提供静电电荷的泄漏通路，防止静电积累。

- 般来说，对 1 MHz以上的高频电路，采用单点接地的形式；对 10 MHz以上的高频电路，通常采取多点接地的形式。光电潜望镜内部属于低频电路，因而设计时采用单点接地的形式，有效抑制了多点间地电位差引起的干扰。

2.5 屏蔽设计屏蔽技术用于抑制电磁干扰沿空间的传播。-般，如果系统仅强调电屏蔽效果，通常选用电导率值较大的金属材料；如果系统仅强调磁屏蔽效果，通常选用磁导率值较大的金属材料。光电潜望镜需要兼顾电磁屏蔽两方面的效果，因而需要综合考虑，选择工业纯铁，其厚度选择为 1.2 mm。

屏蔽设计的要点：(1)对于变压器之类 的器件，主要是磁场屏蔽，必须采用高磁导率的材料，将器件封闭。而且这类高磁导率的材料要进行退火处理，使其不饱和度得到提高进而提高屏蔽效能。(2)对于低频电路的屏蔽，除了接地外，主要应注意材料的选择及涂覆的处理，表 1中列出了几种涂覆处理的屏蔽性能。

表 1 各种表面处理方法的屏蔽性能(3)对于高频电路屏蔽设计的重点在于防止孔、缝的泄漏，应采取的措施为：面板、门及可拆卸的板上加装屏蔽衬垫，而且采用槽式安装为好，常用的屏蔽衬垫-类为金属丝网，内填氟化海绵硅橡胶或氟化氯丁橡胶，另-类为导电橡胶，导电橡胶的密封性较金属线丝网略好；通风孔电磁屏蔽采用蜂窝状的波导通风板，应使其周边与金属壁面接触，既周边有屏蔽衬垫；显示屏蔽及数码管等既要屏蔽又要透光，可选用屏蔽玻璃，常用的为编织丝网屏蔽玻璃，此类屏蔽效果较好，且透光度更强，同样，屏蔽玻璃的周边也应安装屏蔽衬垫和金属导体良好接触；部分结构采用两舱的设计方式，部分电磁辐射强的功能电路设计在屏蔽仓内，与其他电路之间加装屏蔽板，防止电磁泄漏。

3 效果评价通过电磁兼容设计时所采取的各项措施，如加强电源滤波、控制电路阻抗和信号线路屏蔽等，有效消除了产品调试初期产生的视频信号斜纹和横纹干扰，大幅提高了产品图像质量；电路设计时通过采取隔离、分离和定向的办法合理布线及布置元器件，合理地设计地线系统和电路的接地，妥善处理好电源馈线和机内贯穿导线间的电连接问题，进-步提高了产品整体的电磁兼容性，并使产品通过了专业试验室按照GJB 151A有关要求进行的电磁兼容试验测试。

4 结束语电磁兼容是-项逐步摸索并不断实践的工作，并且随着产品本身复杂性及使用环境严酷性的提高，不断加大难度要求及需求，因此，要持续不断的做好这项工作就要在深入开展理论研究和实践积累的同时，不断加强新方法及技术的创新与探索。

(下转第41页) - - 37王弛，等：光学玻璃 ECT光探测器的设计与实现图5 光探测器直流偏置和带宽响应表 2 光探测器对比差的影响(上接第34页)