车载微机系统中的抗电磁干扰设计

1．引言
随着武器装备信息化的发展，微机越来越多地应用在装备车辆上。现代化武器装备电子电气设备的密集度和复杂度越来越高，在工作时会产生特定的强电磁干
扰。从计算机角度出发，其内部含有多种电子元器件和子系统，外来电磁辐射、内部元件之间、各子系统之间以及传送通道间的相互干扰等，会影响甚至严重制约微机系统的稳定性和可靠性；继而对武器系统性能及可靠性造成极为恶劣的影响，因此分析装备车辆电磁干扰对微机系统产生的影响和危害，采取必要的抗干扰措施，提高整个微机化设备及其系统的抗电磁干扰能力，在装备车载微机系统开发中有着十分重要的现实意义。
2．电磁干扰分析
2．1干扰源
对干扰源的分析是进行防护的前提，在装备车辆上，电磁环境十分复杂，主要有无线电设备干扰，脉冲数字电路和开关电路干扰，设备线缆间干扰和外部干扰。
对装备车辆而言，由于配备的电子化设备及仪器仪表数量和种类多，频带范围宽，信号形式复杂，信号强度差别大，这些信号产生的谐波和各种互调、交调频率
可以通过天线向四周辐射电磁干扰：在电子仪表及控制系统内部，由于电压、电源的突变，元件安装的位置、配线阻抗、振荡电路互连、元件或电路的耦合等也会造成电磁干扰；由于车载微机系统安装空间狭小，布线复杂，各种线缆如电力线、信号线、控制线等布线十分密集，而各种线缆中信号强度差别较大，敏感度不同，很容易引起相互问的干扰。
外部电磁噪声是指自然界及各种外部电器设备所辐射的电磁噪声，如雷电、无线电雷达、导航系统、广播电视系统、瞬态开关、换向装置、气体火花放电器、电
晕放电、接触电位器、正弦波信号源、非正弦波信号源、电磁脉冲等。

微机设备内部有许多大规模集成电路芯片，其中包括TTL高速数字逻辑元件和CMOS高功能化元件，每个元器件，每根导线都流着不同的电流，从而在其周围产
生大大小小的电磁场，由于计算机工作频率在几兆赫到上百兆赫，所以辐射和耦合造成相互干扰。当设备处于高速工作状态时，它们不仅是电磁干扰的辐射源，同时也是被干扰的对象。
2．2干扰形成与传递
如果干扰信号的波长又比被干扰的对象结构尺寸小，或者干扰源与被干扰者之间的距离>波长／2Ⅱ时，干扰信号可以认为是辐射场，它以平面电磁波形式向外辐射电磁场能量进入被干扰对象的通路。干扰信号以漏电和耦合形式，通过绝缘支承物为媒介，经公共阻抗的耦合进入被干扰的线路、设备或系统。当干扰信号的波长比被干扰对象的结构尺寸长，或者干扰源与干扰对象之间的距离>波长／2Ⅱ时，干扰信号可以认为是似稳场，它以感应场形式进入被干扰对象的通路。干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。
就车载微机系统而言，电力线与信号线、强信号线与弱信号线之间的于扰主要就是通过电场耦合形式传播；电源变换器、卫通天线的驱动电机等设备产生的电磁
干扰主要就是通过低频磁场耦合的形式传播；系统若接地不完善，或接地电阻过大，不同回路的电路就会通过公共接地电阻形成相互间的干扰。卫通、超短波、遥测等无线设备发送的射频信号通过天线在空间的电磁耦合属于天线对天线耦合，频率源、变频器、混频器等器件通过屏蔽体、按键和显示表头的缝隙以电磁辐射的形式对信号线的干扰属于场对线耦合，而两根平行导线之间的高频信号感属于线对线耦合。

为了解决微机设备在装备车辆上应用和推广中的电磁干扰问题，根据以上的分析，我们主要采取以下措施进行电磁干扰的防护。
3．1电源滤波

微机设备系统中均采用体积小，效率高的开关电源，而开关电源的整流谐波、开关频率及其谐波，以及在开关转换中所固有的高速电流和电压瞬变将对电子系统
造成严重干扰，其干扰频率在30kHz～30MHz。因此必须在电源变换的输入端和输出端加电源滤波器，并且滤波器的输入端和输出端引线还要求隔离，防止通过辐射耦合影响滤波器对干扰信号的抑制能力。输入端加电源滤波器的目的主要是抑制电源AC端输入的高频干扰信号对本系统的干扰，输出端加电源滤波器的目的主要是防止本系统产生的电磁干扰通过公共的电源通道传导到其它电子系统中。并采用数字信号线滤波器消除信号线中的高频电磁干扰，主要方法是采用高频吸收电容器或EMI吸收环。具体作法是在数字信号线的输入端接上高频吸收电容，用于吸收从数字信号输入端传入的电磁干扰，也可以在数字信号线的屏蔽层上套一圈EMI吸收磁●
环。‘
良好的滤波电路，置于前级可使大多数因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处。电源滤波器需要消除的干扰有差模干扰和共模干扰，差模干扰是
由汽车电子系统中产生的谐波和各种尖峰脉冲du／dt及dildt引起的，而共模干扰则是空间电磁波辐射到车架上引起的，由于电源负极与车架相连，而车架与地绝缘，其电源系统是浮地系统，地线容易受到共模干扰。
整个系统采用分立式供电方式。不是统一变压整流、滤波后供各部分使用，而是变压后直接送各部分整流、滤波、稳压，这样就减少了集中供电的危险性，又提
高了电源的质量，增大了散热面积。此外，把主机与外设分为一类供电方式；把空调、照明等分为另一类供电方式，避免辅助设备工作时．通过电源供电对信号设备产生干扰。
3．2硬件看门狗电路防止干扰。
采用单稳态触发器NE555作为微机看门狗电路；当系统工作正常时，看门狗电路不起作用，当系统运行不正常时，80C51的P1．1引脚不能给定时器送去触发脉冲，这时NE555中单稳态触发器就输出脉宽大于4US负脉冲，经F6反相后加至80C51的复位端，使系统可靠的复位，这样可防止因外界干扰引起的程序跑飞，使微机程序正常运行，见图1。