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测试转台测控系统电磁兼容性设计

中国惯性技术学报/作者:王 茂 秦嘉川 冯幼田?? 2008年06月06日 ?? 收藏0

  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。


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