GJB151B标准部分解析及常规机载电子设备电磁兼容设计.pdf

GJB151B标准部分解析及常规机载电子设备电磁兼容设计作者：艾铁柱赵君闫稳任晓琨来源：《中国新通信》2021年第12期【摘要】电磁兼容设计的目的有两个，一个是保证电路之间、模块之间、系统内部的自兼容，另一个是顺利通过电磁兼容试验，随着电磁兼容要求纳入强制认证，大部分硬件设计师已经开始有意识开展电磁兼容设计，GJB151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》作为军用机载电子设备电磁兼容要求，约束着机载电子设备电磁兼容设计，本文从GJB151B中筛选出针对机载电子设备常用若干项试验项目和要求进行解析，同时给出了常规机载电子设备的针对性设计方法。【关键词】GJB151B电磁兼容机载电子设备设计方法引言：随着电气电子技术在航空飞行器上的成熟应用，机载电子设备所处的电磁环境日益复杂，各类航空电子设备及分系统的电磁兼容性设计与评估就显得越来越重要。使设备和系统达到电磁兼容的方法是首先对其运行所处的电磁环境进行评估，这种电磁环境评估通常依据相应的标准或技术要求进行，然后再进行设计和制造，使这些设备和系统能在预定的工作环境中工作而自身不产生电磁干扰。这里从GJB151B对机载电子设备的要求进行解析，并针对常规机载电子设备提出电磁兼容设计措施。一、辐射发射防护设计RE1022MHz～18GHz电场辐射发射具体要求：辐射发射限值不超过GJB151B中图57中适用于固定翼内部首尾间距小于25m的曲线限值。此项目考核系统2MHz～18GHz电场空间辐射发射水平，针对机载电子设备信号频点在此项目频率范围之内的信号进行减扰设计，特别是主要干扰源的电源功率信号和高频数字信号，晶振应放在PCB的中间位置，避免接近边缘，晶振周围包地设计，并且晶振下方不经过印制线。时钟信号也不应布在印制板的边缘，尽量设计在两层地平面的中间层。在严格执行通用电磁兼容设计准则的前提下，重点屏蔽加固设计：1.机箱屏蔽加固设计;2.电缆屏蔽加固设计;3.接地加固设计。二、传导发射防护设计CE10210kHz～10MHz电源线传导发射具体要求：电源线传导发射不应超过图2中的极限值这里以机载电子设备最常见的28V直流供电电源线展开说明，适用于机载电子设备的28V直流电源的高低线。选取极限范围为：额定电压的+50%，-150%，传导发射测试曲线应选择GJB151B-2013中的图CE102-1基准曲线。机载电子设备通常通过DC/DC电源模块隔离变换一次电源28V，产生电子部件内部需要+5V等二次电源，因此一次电源线上的干扰噪声主要来源于DC/DC模块的工作开关频率及其高次谐波。电子部件采用的DC/DC模块开关频率在500kHz～600kHz之间，针对性的选择EMI滤波器在500kHz频率以上有至少40dB的抑制能力。电子部件的EMI滤波器设计在一次电源的入口处，通过法兰安装在散热冷板上，冷板导电氧化处理，冷板与机箱之间通过导电的机械锁紧条紧固，保证滤波器外壳与机箱壳地之间的低阻抗连接，增强对DC/DC产生共模噪声的抑制能力。三、传导敏感度防护设计3.1CS101～25Hz150KHz电源线传导敏感度具体要求：当按图曲线二的电压限值进行试验时，被测设备不应出现任何故障、性能降低或偏离规定的指标值、或超出单个设备和分系统规范中给出的指标允差。测试中对机载电子设备电源线施加GJB151B-2013中的图CS101-1曲线2，见图3。根据CS101的曲线2，最大的噪声电压是126dBµV，即为2V的电压值。在25Hz～10kHz的频段内，电子部件DC/DC模块内部的反馈控制环路能够响应输入一次电源2V以内的电压波动，可保证输出的二次电源电压稳定度及纹波不受影响;在10kHz～50kHz的频段内，EMI滤波器至少需要有10dB的衰减能力，可将噪声电平降低三分之二左右，如果电子部件内部电路的工作频率均遠高于50kHz，可认为在该频段内噪声不会影响电子部件的二次电源。根据以上分析，无需增加额外的电路设计来抑制CS101的干扰噪声，电子部件可保证正常工作。3.2CS106电源线尖峰信号传导敏感度具体要求：按照GJB151B-2013曲线施加电源线尖峰信号，被测设备不应出现任何故障、性能降低或偏离规定的指标值、或超出单个设备和分系统规范中给出的指标允差。峰值电压为400V。机载电子设备电源入口端通过设计TVS管，尖峰电压吸收器件，选择TVS瞬态浪涌抑制二极管将尖峰电压抑制在后端器件可接受的范围之内;根据瞬态时间和功耗以及击穿电压，可选择相应TVS器件，保证400V/10μs尖峰正常使用。3.3CS112静电放电敏感度具体要求：在空气放电（最大15KV）和接触放电（最大8KV）条件下，被测设备不应出现任何故障、性能降低或偏离规定的指标值、或超出单个设备和分系统规范中给出的指标允差。试验放电