電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容

1、 -163-電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容陜西凌云電器集團(tuán)有限公司 呂景峰 陳玲香【摘要】電磁兼容性在電子設(shè)備中占有重要的地位，電磁干擾直接影響到設(shè)備能否正常、可靠的工作。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面介紹了電子設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)的方法以及幾種常用的屏蔽材料?！娟P(guān)鍵詞】電磁兼容；電子設(shè)備；接地；屏蔽Abstract：Electromagnetic compatibility is very important in the electronic device，the equipment can work，reliable working electromagnetic interference direct

2、ly influences.In this paper，the structure design of the electromagnetic compatibility design of electronic equipment and method of commonly used shielding materials of several.Key words：Electromagnetic compatibility；Electronic equipment；grounding；shield1.前言國軍標(biāo)（GJB72A-2002）中給出電磁兼容（Electromagnetic Com

3、patibility即EMC）的定義是：設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)：包括以下兩個(gè)方面：a設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，可按規(guī)定的安全裕度實(shí)現(xiàn)正常的工作性能、且不因電磁干擾而受損或產(chǎn)生不可接受的降級(jí)；b設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中正常地工作且不會(huì)給環(huán)境（或其他設(shè)備）帶來不可接受的電磁干擾。對(duì)于從事軍工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員來說，應(yīng)當(dāng)尤為重視產(chǎn)品的電磁兼容性設(shè)計(jì)。在飛機(jī)上，狹小的空間中裝備著大量的各種類型的電子設(shè)備，如通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、天線、雷達(dá)等等，導(dǎo)致電磁環(huán)境極為復(fù)雜，相互間的電磁干擾十分嚴(yán)重。因此，電子設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)對(duì)飛機(jī)性

4、能有著重要的影響。2.電磁兼容設(shè)計(jì)的目的電磁兼容的主要課題就是研究控制和消除電磁干擾，使電子設(shè)備與其它設(shè)備在一起工作時(shí)，不引起設(shè)備任何部分的工作性能的惡化或降低。一個(gè)設(shè)計(jì)理想的電子設(shè)備應(yīng)該既不輻射任何不希望的能量，也不受任何其他能量的影響。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面介紹相應(yīng)的電磁兼容設(shè)計(jì)方法。在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，電磁兼容設(shè)計(jì)思想就是通過合理的接地、搭接和屏蔽等方法，將外系統(tǒng)對(duì)本設(shè)備干擾以及本設(shè)備對(duì)外部的干擾減弱。3.電磁兼容設(shè)計(jì)方法對(duì)于新研制的電子產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)從方案設(shè)計(jì)階段就考慮電磁兼容問題，進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段考慮電磁兼容要遠(yuǎn)比研制樣機(jī)采取措施來滿足電磁兼容要求容易的多。況且在很多的時(shí)候，對(duì)

5、已成型的產(chǎn)品，電磁兼容問題已經(jīng)很難解決甚至無法解決，造成產(chǎn)品研制的反復(fù)。因此，電子設(shè)備必須在設(shè)計(jì)階段就考慮電磁兼容問題。3.1 接地電子設(shè)備的接地是電子設(shè)備的一個(gè)很重要問題，正確的接地方法可以減少或避免電路間的相互干擾。接地目的有三個(gè)：1接地使整個(gè)電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個(gè)公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。2防止外界電磁場的干擾。機(jī)殼接地可以使得由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對(duì)于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。3保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備的

6、毀壞；當(dāng)工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機(jī)殼相通時(shí)，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面，是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位。盡管從功能的觀點(diǎn)出發(fā)并不需要將一個(gè)等電位面端接至大地，但端接至大地對(duì)工頻和射頻信號(hào)都呈現(xiàn)出很低的阻抗。不同的電路采用不同的接地方法。以下介紹幾種電路的接地方法：串聯(lián)一點(diǎn)接地將各電路串聯(lián)后在一點(diǎn)接地。這種情況一般是將接地點(diǎn)放在低電平點(diǎn)。這種接法最簡單，抑制干擾能力差，僅適用于低頻電路。并聯(lián)一點(diǎn)接地將各電路并聯(lián)后在一點(diǎn)接地。這種接法各電路的電流自成回路，彼此獨(dú)立，避免了各電路的相互串?dāng)_。但接地電阻較大

7、，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，底線容易產(chǎn)生輻射干擾。因此，并聯(lián)一點(diǎn)接地也僅適用于1MHz以下的電路。多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地時(shí)接地電阻較小，電路在高于10MHz時(shí)可用多點(diǎn)接地。但此時(shí)總地線應(yīng)適當(dāng)?shù)膶捫?，長度也不宜過長，最好不超過0.15波長，同時(shí)地線與機(jī)殼應(yīng)絕緣。整機(jī)接地也是保障產(chǎn)品電磁兼容性的主要措施之一。由于各功能不同，電路差別很大，接地狀況也就大不相同。一般常用方式是：將模擬電路、數(shù)字電路、機(jī)殼分開，各自獨(dú)立接地，避免相互間的干擾。最后再三地合一接入大地。這種方式較好的抑制了電磁噪聲，減少了數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間的干擾。電子設(shè)備的簡單接地，是為了獲得安全保護(hù)或者實(shí)現(xiàn)抑制噪聲防止干擾所采取的措施之一。為了給

8、交流供電電流和接地系統(tǒng)提供一條有效的低阻抗通道，必須把各種導(dǎo)體、電極、設(shè)備和其他金屬物體連接或搭接在一起。這種搭接點(diǎn)的性能必須在很長的時(shí)間期限內(nèi)保持不變，以免起始建立起來的搭接性能質(zhì)量逐漸衰減。搭接是金屬物體之間獲得低阻抗的互連，因此還要防止由互連建立起的通路因腐蝕或機(jī)械松動(dòng)逐漸變壞。a在搭接之前所有搭接表面必須予以清潔處理；b如果金屬材料的防護(hù)涂層的導(dǎo)電性低于金屬材料的導(dǎo)電性，在搭接前要清除搭接區(qū)域的該防護(hù)層；c搭接面的防護(hù)涂層被去除后，應(yīng)立即進(jìn)行搭接實(shí)施，以免氧化；d當(dāng)不同金屬材料之間彼此直接接觸時(shí)，避免化學(xué)電位相差大的兩種金屬緊密接觸，防止形成電化偶產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。3.2 屏蔽屏蔽就是對(duì)

9、兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。屏蔽技術(shù)是電磁兼容技術(shù)的重要組成部分，是解決電磁輻射的最有效手段之一。對(duì)于已確定的干擾源或易被干擾器件（敏感器件），可將其封于金屬材料的屏蔽罩內(nèi)；屏蔽罩采用鋁、銅等金屬結(jié)構(gòu)件，選用導(dǎo)電性較好的表面處理。屏蔽罩的設(shè)計(jì)要注意：屏蔽罩上盡量減少孔洞，如果無法避免時(shí)，可使用多個(gè)小圓孔避免使用大圓孔，尤其是長度較大的長條孔；通過屏蔽罩的引線加裝穿

10、心電容，引線通過穿心電容穿過屏蔽罩與元件連接。緊固點(diǎn)的緊固方式指采用螺釘連接、鉚接、點(diǎn)焊等方法使兩個(gè)零件的結(jié)合面結(jié)合在一起的措施。實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于其他因素往往會(huì)受到限制，緊固點(diǎn)的間距一般就直接決定了縫隙的最大尺寸（長度），是影響縫隙屏蔽效能的最主要因素。由于目前尚無實(shí)用的計(jì)算方法計(jì)算縫隙的屏蔽效能，緊固點(diǎn)的間距只能按以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值：無線電產(chǎn)品或工作頻率超過100MHz的產(chǎn)品，緊固點(diǎn)的間距取值2050mm；工作頻率不超過100MHz的產(chǎn)品，緊固點(diǎn)的間距一般為取值50100mm。電纜的屏蔽有以下幾種形式：a一般情況下使用屏蔽電纜，將電纜的屏蔽層與連接器的外殼連接。這種形式下的屏蔽效能取決于插頭的

11、屏蔽效果；b通過EMI濾波器連接。即電源線通過電源濾波器連接，信號(hào)線采用濾波連接器轉(zhuǎn)接。這種方式即可濾波，又可實(shí)現(xiàn)屏蔽。選擇適當(dāng)?shù)钠帘尾牧霞罢_地使用這些材料，是達(dá)到目標(biāo)屏蔽效果的重要環(huán)節(jié)。以下是幾種常用的屏蔽材料：鈹銅指形簧片鈹銅具有優(yōu)良的彈性和導(dǎo)電性，是非常理想的電磁密封材料。指形簧片允許滑動(dòng)接觸的，壓縮形變范圍大。簧片背后帶有不干膠，可直接粘接在接觸面上。另外，這種簧片可以在其中填充磁場吸收材料，增加磁場的屏蔽效能。 (下轉(zhuǎn)第165頁 -165-機(jī)可讀的輸入，語音合成是利用電子計(jì)算機(jī)和一些專門裝置模擬人，制造語音的技術(shù)。用語音技術(shù)建立用戶界面可采用兩種途徑：一是利用基于語音識(shí)別和理解技術(shù)

12、的新操作系統(tǒng)代替以WIMP節(jié)目技術(shù)為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)；另一種就是利用語音技術(shù)操作WIMP界面。目前大多數(shù)語音界面本質(zhì)上都是試圖把語音識(shí)別作為一種精確交互技術(shù)。將語音交互技術(shù)應(yīng)用到武器裝備系統(tǒng)，有兩個(gè)直接的優(yōu)點(diǎn)：一是語言比鍵盤輸入快且有效；二是在多任務(wù)的情境中，提供了另一附加的反應(yīng)通道，可以解放用戶的雙手。但目前在這方面還有許多關(guān)鍵性問題有待于突破。語音識(shí)別輸入技術(shù)日前還僅限于大詞匯量特定人這一最高程度。雖然其識(shí)別率較高、但在惡劣的作戰(zhàn)環(huán)境下，其實(shí)用性還存在著嚴(yán)重挑戰(zhàn)。目前技術(shù)條件下，可以運(yùn)用語音識(shí)別技術(shù)輔助文本的錄入和數(shù)據(jù)的裝訂，在精確度要求不高的情況下，用于接收指揮命令；同時(shí)，可以運(yùn)用語音合成

13、技術(shù)，實(shí)時(shí)通過語音方式為指揮人員提供指示、錯(cuò)誤警告等信息，在指揮員雙耳戴耳機(jī)的情況下，可以用聲音合成方法產(chǎn)生的三維聲音信息，在提供語音內(nèi)容信息的同時(shí)，用聲音來源方向，指示故障源或目標(biāo)方向等信息。未來隨著語音識(shí)別技術(shù)和語音合成技術(shù)的發(fā)展，語音交互技術(shù)必將越來越多的應(yīng)用到武器裝備系統(tǒng)中。3.4 多通道人機(jī)交互技術(shù)多通道人機(jī)交互界技術(shù)引入語音、手勢、視線等新的交互通道，使用戶利用多個(gè)通道以自然、并行的方式進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，充分利用非精確性輸入捕捉用戶的交互意圖，大大提高了人機(jī)交互的自然性和高效性。多通道人機(jī)交互的基礎(chǔ)是視線跟蹤、語音識(shí)別、手勢輸入、感覺反饋等新的交互技術(shù)。在傳統(tǒng)的交互模式下，用戶主要利用

14、手和眼睛與鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器等設(shè)備進(jìn)行精確方式下的二維交互；而多通道人機(jī)交互則尋求新的交互手段，以充分利用人的眼、耳、嘴、手，視覺、聽覺以及觸覺通道，它允許用戶利用多個(gè)通道以并行、非精確方式與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互，其交互通道之間由串行/并行，互補(bǔ)/獨(dú)立等多種關(guān)系，因此這種人機(jī)交互的方式更加類似于人與人之間的日常交流，其交互自然醒和效率得到了極大的提高。典型的多通道人機(jī)交 互界面的概念模型如圖2所示。圖2多通道人機(jī)界面概念模型多通道人機(jī)交互技術(shù)具有以下優(yōu)勢：多通道交互可以利用各種設(shè)備、通道和交互方式的互補(bǔ)性；多通道界面對(duì)語音/聽覺的強(qiáng)調(diào)，有利于彌補(bǔ)現(xiàn)有界面在這方面的不足；多通道交互可以提高交互的靈

15、活性，提高輸入/輸出帶寬。目前歐洲和美國都在對(duì)多通道交互開展研究，美國集中于交互手段及其整合，歐洲重視需求多個(gè)通道間信息的共同表示。國內(nèi)主要探索以視線跟蹤為核心的多通道人機(jī)交互的理論和技術(shù)。國防科技大學(xué)正在開展指揮控制中的多人多通道人機(jī)交互研究，提出了應(yīng)用于C2 的多人多通道人機(jī)交互模型，實(shí)現(xiàn)了多人多通道的交互原型系統(tǒng)，使用基于多點(diǎn)觸摸的雙手手勢和語音兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)態(tài)勢和情報(bào)分析任務(wù)。未來隨著多通道人機(jī)交互技術(shù)的成熟，可以逐步將其應(yīng)用到武器裝備系統(tǒng)中。例如可以用于語音命令響應(yīng)，指揮人員發(fā)出語音命令，并結(jié)合觸摸屏對(duì)語音識(shí)別結(jié)果進(jìn)行修改和確認(rèn)；可以用于戰(zhàn)場態(tài)勢的綜合顯示，三維聲音提示目標(biāo)方位，圖形顯

16、示信息，震動(dòng)和聲音結(jié)合用于緊急提示，頭盔裝配雙顯示器，雙目分別觀察左右顯示屏，以得到三維廣角的全景，結(jié)合指揮人員頭部的移動(dòng)和姿勢以及眼球視線變化，得到一個(gè)模擬的或遠(yuǎn)程控制的360°視閾，這可以為潛艇指揮人員提供極大方便。4.結(jié)論現(xiàn)代武器裝備系統(tǒng)正在向智能化方向發(fā)展，人機(jī)交互的效率將直接影響武器裝備系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能。目前我軍武器裝備系統(tǒng)中的人機(jī)交互技術(shù)相對(duì)落后，必須不斷發(fā)展和應(yīng)用新型人機(jī)交互技術(shù)。本文總結(jié)了人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展情況，對(duì)單點(diǎn)觸控技術(shù)、多點(diǎn)觸控技術(shù)、語音交互技術(shù)和多通道人機(jī)交互技術(shù)等人機(jī)交互的新技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了各項(xiàng)技術(shù)的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展現(xiàn)狀及其在武器裝備系統(tǒng)中的應(yīng)

17、用前景。分析表明，新型人機(jī)交互技術(shù)的應(yīng)用，能夠顯著提高武器裝備系統(tǒng)的人機(jī)交互效率，進(jìn)而提高其作戰(zhàn)能力和效率。未來的武器裝備系統(tǒng)中，新型人機(jī)交互技術(shù)必將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。參考文獻(xiàn)1凌云翔,張國華,李銳,等.基于多點(diǎn)觸摸的自然手勢識(shí)別方法研究J.國防科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,32(1:127-132.2老松楊,黃廣連,張國華,等.雙手觸摸交互觸控平臺(tái)J.中國科技成果,2009,10(11:58-60.3陳大煒.基于光學(xué)感應(yīng)的大尺寸多點(diǎn)觸摸控制技術(shù)J.電子產(chǎn)品世界,2009,5(1:22-26.4黃菁.基于單目視覺的觸摸屏技術(shù)研究D.杭州:浙江工商大學(xué),2009:1-63.5董士海.人機(jī)交互的進(jìn)展及

18、面臨的挑戰(zhàn)J.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2004:1-8.6吳振峰,趙克儉.未來指揮所發(fā)展展望J.火力與指揮控制,2005.3(4:4-7.7趙秋均,王毅剛,黃岸仲,等.基于FTIR 的多觸摸實(shí)時(shí)互動(dòng)桌面系統(tǒng)J.計(jì)算機(jī)工程,2011(14:291-292.作者簡介：俞烈彬（1976），男，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)供職于江蘇自動(dòng)化研究所，主要研究方向：電子信息系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。(上接第163頁導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電橡膠是在硅橡膠中均勻分布微細(xì)導(dǎo)電顆粒制成的，能同時(shí)提供環(huán)境和電磁密封。常用的填充顆粒有銀顆粒，鍍銀鋁顆粒和鍍銀玻璃球顆粒。導(dǎo)電橡膠材料主要有導(dǎo)電橡膠板和導(dǎo)電橡膠條，導(dǎo)電橡膠條又有各種形狀截

19、面的實(shí)心導(dǎo)電橡膠條和空心導(dǎo)電橡膠條。金屬絲網(wǎng)利用金屬絲編織而成的屏蔽材料。屬于一種廉價(jià)的電磁屏蔽材料，可用于高頻屏蔽效能要求不高的屏蔽場合。屏蔽膠帶由銅或鋁箔加上導(dǎo)電背膠構(gòu)成的膠帶。直接貼在屏蔽體上的縫隙處消除縫隙的泄漏。使用時(shí)要注意粘接的金屬表面必須是導(dǎo)電的，并要反復(fù)碾壓膠帶，否則導(dǎo)電膠不能發(fā)揮其高導(dǎo)電性。屏蔽玻璃在玻璃中間夾一層絲網(wǎng)或者在玻璃上鍍金屬膜實(shí)現(xiàn)屏蔽的玻璃。絲網(wǎng)屏蔽玻璃的屏蔽效能較高，但是屏蔽網(wǎng)會(huì)使光線損失15%20%左右，從而造成觀察困難。通過合理選擇屏蔽網(wǎng)的目數(shù)達(dá)到在光線損失允許的范圍內(nèi)使得電磁兼容達(dá)到要求。鍍膜屏蔽玻璃的屏蔽效能較絲網(wǎng)屏蔽玻璃略差，對(duì)光線的損失也較小，但要防止鍍膜損傷對(duì)屏蔽效能造成影響。近年來，電子儀器向著“輕、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向發(fā)展。塑料機(jī)箱、塑料部件或面板廣泛地應(yīng)用于電子儀器上，于是外界電磁波很容易穿透外殼或面板，對(duì)儀器的正常工作產(chǎn)生有害的干擾，而儀器所產(chǎn)生的電磁波，也非常容易輻射到周圍空間，影響其它電子儀器的正常工作。為了使這種電子儀器能滿足電磁兼容性要求，人們在實(shí)踐中，研究出塑料金屬化