兼容性平台

兼容性平台（精选十篇）

兼容性平台 篇1

舰载天线稳定平台是为安装在船舶桅杆上的微波天线提供一个不受船舶摇摆影响的安装水平面, 其功能是在舰船摇摆情况下, 补偿舰体运动引起的纵、横摇摆角, 使天线始终垂直于水平面。但因其安装位置处于恶劣电磁干扰环境下, 外部除了自身承载的微波天线的辐射外, 还有附近的各种类型雷达和通信天线的辐射干扰, 内部电机的PWM干扰, 要保证设备在恶劣电磁干扰环境下正常工作, 必须对电磁兼容严格设计。

电磁干扰 (EMI) 即电子设备或电气设备所产生的电噪声, 这些电噪声表现为多种形式, 可以是连续的、随机的或周期性的。EMI的形成必须同时具有3个因素:电磁干扰源;对干扰能量敏感的接收设备;将干扰能量从干扰源传播到接收设备的传播途径。如果一个系统既不是干扰源也不是接收设备, 那么该系统是电磁兼容的。电磁兼容性的研究是围绕构成电磁干扰的3个因素进行:提高抗干扰性能及减少对其他设备的干扰辐射和干扰传导。恰当的系统设计技术可抑制发射传导和辐射干扰, 恰当的设计技术可硬化系统以减小其对干扰的敏感度, 恰当的屏蔽、接地、滤波以切断干扰的传播途径以保护受害设备[3]。

1电源线尖峰信号传感敏感度设计

设备对尖峰信号的敏感度即设备能够承受规定水平的瞬态干扰, 不会出现故障或工作状态混乱。电源线尖峰信号传感敏感度 (CS106) 的测试条件为在设备不接地的交流电源线上注入脉冲宽度小于5 μs、幅值为400 V的尖峰信号, CS106测试原理图如图1所示。

试验过程中, 尖峰信号与交流电源波形的峰值同步, 同时为了产生最大跟随能量, 尖峰信号均施加在过零点, 即分别在0°、90°、180°、270°的相角上进行测试。尖峰信号发生器的输出电压从0 V开始逐渐增大, 当输出电压增加至350 V时, 设备的液晶显示屏出现了白屏, 设备受到了尖峰信号的干扰, 不能正常工作。

1.1非线性器件瞬态抑制

无论是从电源线还是从信号线进入的瞬态, 都可以使用非线性器件衰减。将这些器件与被保护线路并联, 对于正常的信号或电压水平, 它表现为高阻态——主要由它自己的电容和漏电特性决定。当干扰源的电压大于它的击穿电压时, 器件会立即转变为低阻态, 使从瞬态源过来的电流离开保护电路, 限制了保护电路上的瞬态电压。以瞬变电压吸收二级管 (TVS) 为例, TVS就是硅雪崩型二级管, 它体积小、响应时间短。TVS在击穿前表现为一个跨接在线路输入端的高阻抗负载, 而出现瞬态高压时, 它即被激活, PN结发生雪崩效应, 吸收大量能量, 因此以箝位方式限制线路电压在允许范围内。在选取这些非线性器件时, 它们必须能够承受电路的连续工作电压, 并具有一个安全裕量, 以吸收来自任何预期瞬态的能量。对瞬态抑制器的典型安装位置图如图2所示。

本系统设计时, 采用压敏电阻和瞬变电压吸收二级管 (TVS) 进行电磁兼容设计。在天线稳定平台控制器电源进线间并联了压敏电阻, 对电源线尖峰信号的抑制取得了较好的效果。压敏电阻耐浪涌电流、电压有一定的容量[4], 一般按式 (1) 选择其标称电压:

$U{}_{lmA}\ge \frac{\delta }{(0.8\sim 0.9)}\times U{}_m$。 (1)

式中, Um为线路额定电压峰值;δ为电压升高率, 一般取1.05～1.10。

在倾角仪和陀螺信号传输电路设计中, 将TVS并联在功率管两端;同时, 在供电DC电源两端并联TVS, 在CAN总线的信号线与地线之间并联TVS, 它们均对电路起到了保护和抗电磁干扰作用。

1.2线缆内部的串扰效应控制

系统内部的线缆走线布局对线缆之间本地电场和磁场的耦合有极大影响。为了使线缆之间耦合最小, 应对不同类型的线缆进行划区, 并且相互之间至少保持150 mm的间隔;当不同类型的线缆不能避免相邻走线时, 应尽量缩短走线长度。这样可以减小线缆内部的串扰效应, 对系统电磁兼容设计取得较好效果。

2电场辐射敏感度 (RS103) 设计

天线稳定平台为了保证天线始终垂直于水平面而不受舰船摇摆的影响, 采用了倾角仪和速率陀螺测量舰船倾角信号和摇摆速率信号分别引入反馈和前馈组成复合控制策略, 实现天线稳定平台的伺服控制。在本系统中采用力平衡式倾角仪LCF100测量舰船倾角信号, 将天线稳定平台置于10 kHz～40 GHz、200 V/m的辐射电场强度的环境中进行RS103测试时, 天线稳定平台受到了干扰, 系统不能正常工作。

2.1采用屏蔽技术降低电场辐射

屏蔽是利用导电或导磁材料制成壳、板、套、筒等各种形状的屏蔽体, 将电磁能量限制在一定空间范围内抑制辐射干扰的一种有效措施。使用屏蔽体将外来电场与屏蔽空间隔绝, 同时将屏蔽体接地以消除电势的影响, 实现有效屏蔽。由于屏蔽的机理是电场反射损耗, 而且二次反射趋向于减小总体反射损耗, 故涂层电阻率越高屏蔽效果越差。在电场屏蔽设计时应采用良导体制成屏蔽体, 通过对电磁波的反射和吸收作用来达到衰减电磁能量, 减少辐射干扰的目的。屏蔽体的孔缝在实际应用中是不可避免的, 它是影响屏蔽的一个重要因素。为了保证屏蔽效果, 减小屏蔽体的电阻, 并且在设计屏蔽体时应尽量减小垂直于电场方向的孔缝尺寸。

在本系统中采用铝壳表面镀银做成的屏蔽盒进行电场屏蔽, 将倾角仪和信号调理电路置于此屏蔽盒中, 同时采用了2层屏蔽, 控制2层间距尽量接近1/4波长的奇数倍 (由于在频率很高时, 电磁波在2屏蔽层间会产生谐振。当2层间距为1/4波长的奇数倍时, 双层屏蔽具有最大的屏效;当2层间距为1/4波长的偶数倍时, 屏效最小) , 有效减小了电场辐射对倾角仪信号的影响。

2.2采用接地技术降低电场辐射

当采用屏蔽技术降低电场辐射时, 必须将屏蔽体接地消除电势的影响, 才能实现有效的屏蔽。接地技术[1]是电磁兼容设计中十分有效的措施。接地有浮地、单点接地和多点接地3种基本形式, 这些方法可以单独使用也可以组合使用。到底采用什么样的接地方式需根据具体情况确定。但有一点需引起重视, 接地引线的长度必须小于工作波长λ的1/4, 这仅是考虑到“地”作用的起码要求, 实际接地引线的长度还要看允许电源通过该接地线所产生的电压降的大小。如果电路对此电压降很敏感, 则接地引线的长度不大于0.05λ或更小;如果只是一般敏感, 则接地引线可长一些, 但一般不超过0.15λ。同时为了降低接地引线的阻抗, 接地引线的端头应平行搭接在接地平面上。

2.3采用滤波技术降低电场辐射

滤波是抑制传导干扰最直接有效的办法, 同时由于良好的滤波可以抑制干扰源, 因而它对辐射干扰的抑制也有明显效果。滤波器对电磁干扰的抑制作用是建立在合理选择滤波电路的形式和参数基础之上的。

在本系统设计中, 通过设计一个截止频率为2 kHz的贝塞尔低通滤波器, 将2 kHz以上的噪声信号滤除, 从而抑制10 kHz～40 GHz辐射源的辐射干扰。

3电源线传导发射干扰 (CE101) 设计

3.1试验方法

天线稳定平台系统由监视单元、驱动控制单元和主机单元3部分组成。这3部分分别安装在不同位置, 监视单元与驱动控制单元之间通过30 m的电缆相连, 驱动控制单元的输出功率接近1 kW, 为了实现监视单元对驱动控制单元的遥控, 在驱动控制单元中应用交流过零触发型固态继电器 (SSR) 进行交流开关控制。CE101试验框图如图3所示。

图3中, 由监视单元控制SSR的输入端, 监视单元对SSR的控制电压为DC12V, 当DC12V加在SSR的输入端时, SSR的输出端接通, AC220V接入驱动控制单元, 通过滤波器滤波后经线性电源给目标系统供电。使AC220V输入端的一根火线穿过传感探头, 将传感探头的测试端接入EMI接收机。当监视单元给驱动控制单元遥控供电时, EMI接收机按照CE101标准进行测试并记录测试曲线。结果发现测试曲线中在50 Hz的奇数倍频率和偶数倍频率处均有正弦半波出现, 同时波形在偶数倍频率处有超出标准曲线的部分。CE101项电磁兼容测试不合格。

3.2原因分析

为了找到电磁干扰的原因, 先对交流过零触发型SSR原理和结构做一个简单介绍[1]。SSR是一种由固态电子元器件组成的新型无触点电子开关器件, 一般由耦合电路、过零电路、开关器件和吸收电路等部分组成。SSR一般为4端组件, 其中2端为输入端, 另2端为输出端。在输入端加一控制信号, 就可以控制输出端的“通”与“断”, 完成开关功能。耦合电路是以光电耦合器作为输入、输出间的通道, 在电气上完全隔离, 以防止输出端对输入端的干扰。过零电路保证当开关器件2端电压过零瞬间时输入信号触发开关器件, 从而完成在电压过零条件下的通、断动作, 减少了开关过程所产生的干扰和污染。吸收回路由R、C组成, 其作用是为了防止电源中带来尖峰电压、浪涌电流对开关器件的冲击和干扰。

由SSR的原理可知, SSR的输入信号在开关器件2端电压过零瞬间触发开关器件, 从而完成在电压过零条件下的通、断动作。电压过零点并非真的是在0 V处, 而是在±10～±25 V区域内, 即输入信号总是在交流电压过零附近才能触发SSR, 实现过零触发。以一个周期AC220V正弦波为例进行说明, 当使用固态继电器时, 0 Hz、50 Hz、100 Hz处均为过零点, 此时开关器件快速导通和关断, 功率电路电流变化率di/dt、电压变化率du/dt较大, 从而产生电磁干扰[2]。

3.3解决办法

针对电磁干扰产生的机理, 采用PHOTOMOS继电器代替交流过零触发型SSR, 按照上述方法进行CE101电磁兼容测试。测试结果仅在50 Hz的奇数倍频率处有正弦半波出现, 并且奇数倍频率处的波形完全相同, 偶数倍频率处不再有正弦半波出现, 测试曲线位于CE101标准曲线范围内, 完成25 Hz～10 kHz电源线传导发射干扰的电磁兼容设计。

4结束语

舰载天线稳定平台由于所处环境恶劣, 电磁干扰产生的因素及传递途径是十分复杂的。因此, 各种措施的有效性也随之而异, 指望一种既简单又万能的方法是不现实的。需要在开始设计时便着手考虑电磁兼容设计, 并始终贯穿在电路设计、元器件选择和结构工艺布局等方面。本文以项目设计过程中遇到的电磁兼容问题为研究对象, 对电磁干扰产生的原因进行了分析并提出了解决办法, 并在实际应用中收到了较好的效果。笔者期望, 这些抑制电磁干扰的技术措施, 对于研制和开发类似产品的电磁兼容性设计有所帮助。

参考文献

[1]王幸之, 王雷.单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006:114-123, 451-455.

[2]WILLIAMS T.电磁兼容设计与测试 (第4版) [M].李迪, 译.北京:电子工业出版社, 2008:202-205.

[3]朱元丽, 朱元清, 张尉.电磁干扰与电磁兼容设计[J].电脑开发与应用, 2007, 13 (1) :14-17.

兼容性政党与马克思主义政党兼容性 篇2

摘 要：二战之后西方一些政党为获得选举胜利，纷纷向兼容性政党转型，意大利自由人民党、英国保守党等均属此类政党。中国共产党是以马克思主义作为指导思想的政党，兼容性是我党在长期执政中形成的执政品质，是对中国特色社会主义政治制度的经验积累与创新。试从意识形态、利益整合、党员及组织结构、党际关系等方面比较兼容性政党与马克思主义政党兼容性间的差异，从中发现我党执政制度的社会契合性和坚持走中国特色社会主义政治发展道路的自信。

关键词：政党；兼容性；马克思主义

中图分类号：D26 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2013）19-0023-02

一、意识形态价值信仰的差异

二战后随着世界格局的发展变化，西方出现了前所未有的政治景观：社会经济高速发展，福利国家基本建立，民主政治日趋成熟，政治市场法则深入人心。这让一些政治家意识到政党继续坚持自身的意识形态和政治主张，可能在选举中陷入困境，不利于政党发展，必须从以往政治制度的摇摆中脱离出来。为了寻求所谓的第三条道路，他们主张政党要突破传统理念拘束，意识形态淡化，基本政治主张由纯粹变为灵活，执政逐渐向兼容集成的模式转型。奥托·基希海默尔（Otto Kirchheimer 1905-1965）在其《政党与政治发展》中将这种政党定义为兼容性政党（Catch-all Party）。美国的民主党和共和党迄今为止一直是兼容性政党的典范，英国的工党和保守党、瑞典的社会民主党等老牌政党通过转型，基本符合了兼容性政党的特征[1]。基希海默尔认为，可被解读的多种意识形态才符合选举市场，当一个政党变成国家的主要政党时，他一定是大众的政党，因此这个政党绝不能秉承某一单独的意识形态体系[2]。这种预测在如今西方很多国家变成了现实——因意识形态入党的人越来越少，政党的固定选民人数也在下降。为避免选举失败，兼容性政党最大程度上放弃自身情感表达，尽量使其纲领主张迎合所有民众，这种做法虽然奏效，为自己获得了广泛的支持，但也可能会随时失去坚定的追随者。

当前我国正处于社会转型期，利益诉求多元、政治表达多样，面对挑战我党始终旗帜鲜明地坚持有中国特色社会主义意识形态，坚持自身独特的利益表达，焕发出极强的凝聚力和生命力，表现出我党独具特色的兼容性的执政品质。这种兼容品质不是对社会主义意识形态的放弃，也不是对其他社会思潮的趋同，更不是像西方兼容性政党一样的意识形态终结，而是坚持马克思主义的一元指导地位和尊重差异包容多样的辩证统一，具体表现为社会主义意识形态的亲和力、包容力和引领力。首先，以马克思主义为指导的社会主义意识形态关注的对象是人，追求的目标是人的解放、自由与全面发展，体现的是以人为本的人文关怀政治价值观。我党通过形象通俗的方式把主流意识形态传播到人民大众中去，体现了较强的亲和力，使之成为党吸引民众的一面旗帜。其次，转型期多种社会思潮并存，其本质上是各个阶层和利益群体的思想观念反映，我党充分发挥了社会主义意识形态的社会整合功能，主动吸收有益思潮的合理因素，敢于正视社会思潮所反映的社会问题，从中积累了丰富化解矛盾的经验方法，体现了面对各种有益社会思潮时尊重差异、包容多样的积极态度和兼容风范。第三，社会主义核心价值体系是社会主义意识形态的本质体现，是在以实现社会公平、共同富裕和人的全面发展为目标的社会主义制度基础上，把中国共产党的执政理念同最广大人民群众普遍价值追求有机地融为一体。当今社会存在着大量与社会主义核心价值体系基本精神和主要方向大体一致的健康、进步思潮，这些思潮或者本身是社会主义核心价值体系的一个组成部分，或者是在社会主义核心价值体系的影响推动下形成和发展起来的，体现了社会主义核心价值体系具有引领社会思潮、凝聚社会共识的能力和优势[3]。

二、利益区分整合的差异

政党为了夺取或巩固国家政权，一定会有自己独特的利益主张，用来整合调节政党与其成员、追随者、普通民众的关系。在资本主义社会中，社会的发展动力源于剥削阶级与被剥削阶级的斗争，本质上是各阶级对利益的争夺。二战后西方产业结构和就业结构发生了巨大变化，新兴产业队伍明显壮大。由于组织竞选已成为兼容性政党的核心功能，因此其阶级基础就不能局限于某一特定阶级，而要争取各类选民支持，最大程度赢取选票。兼容性政党在制定本党政策纲领时考虑的并不是政党利益，相反的需要根据多数选民利益隐藏本党的利益。这种标榜着为全社会利益服务政治表达，实际上是骗取选票的伎俩，虽然极大的模糊否认政党利益，但政治运行中没能摆脱政党的印记，也不能绕开各阶级利益主体矛盾的争夺，全部社会利益整合变为一纸空谈，最终必然导致兼容性政党与民众关系的瓦解。

中国共产党通过无产阶级革命，最终实现了无产阶级的政治统治，这一过程是我党追求自身利益的过程。我党利益不是党员利益的简单叠加，也绝不等同于兼容性政党所谓的“政党无利益”或“兼容各阶级利益”，体现的是政治利益上的整体利益，是与人民利益统一的、一致的。首先，承认政党利益的客观存在。我党的建立就是有着共同理想主张人的集合，这种理想与主张说到底就是共同的利益，为了这个共同利益，人们从四面聚到一起闹革命，与党同心同德搞建设。其次，我党具备整合社会利益的兼容品质。20世纪90年代国家经济制度改革的深化引起了利益格局大调整，形成了转型期人民内部利益关系新格局。对此，江泽民同志提出“在建设中国特色社会主义的进程中，……基本着眼点是要代表最广大人民的根本利益，正确反映和兼顾不同方面群众的利益”；胡锦涛同志提出：“任何时候都要把人民利益放在第一位，始终与人民心连心、同呼吸、共命运……”；习总书记在与中外记者会面时说：“人民对美好生活的向往，就是我们的奋斗目标”，这些论述都是党在社会主义市场经济实践中，在始终坚持党与人民的利益一致性中，成功探索出的行之有效的利益整合模式，使不同社会成员的利益得到统筹兼顾，使各方利益既各得其所又和谐相处，使实现好、发展好和维护好广大人民利益的机制得以建立和完善，使最广大人民能在更加合理的利益关系中共享改革发展成果。

三、党员及基层组织的差异

从基希海默尔的著作中可以看出兼容性政党党员具有最大化吸纳和宽泛性选择的特点，尤其在领导人凭借媒体直接与选民沟通后，党员的作用空前萎缩，政党变成由各选区地方组织联结而成选举联盟，结构松散。例如，美国政党没有严格入党手续，党员仅作为临时性的标识，党员与选民的界限模糊；英国工党从成立至今，组织形式始终与工会保持着密切的联系，党员也游离于政党与工会之间，政党沦为工会的代言人。此外，兼容性政党更多强调党员的权利而极少提及义务，组织对党员无法形成有效约束，党员对政党认同度降低，政党组织是一个非常脆弱的实体。

中国共产党如今已经建设成为一个拥有400多万个基层组织、8 000多万名党员的特大型政党，与西方兼容性政党相比，无论在组织建设还是党员队伍建设上，都有独特的模式和优势，开创了兼容性的党建格局。第一，基层组织建设兼顾了阶级性与群众性的统一。基层组织建设是我党的组织优势，长久以来，党始终坚持马克思主义的指导地位，建成了组织巩固、覆盖全国的基层组织体系，正确处理了阶级性与群众性的关系，在坚持阶级性的基础上不断扩大群众基础，时刻保持与群众的联系，始终把群众团结在自己的周围，始终代表着最广大人民的根本利益，使党成为中国特色社会主义事业的领导核心。第二，党员兼备各行各业优势人才。我党高度重视思想建党，吸收党员坚持“把承认党的纲领和章程，自觉为党的路线和纲领而奋斗，经过长期考验，符合党员条件的社会其他方面的优秀分子吸收到党内来”[4]的原则，社会各阶层优秀分子入党之后，不是作为其阶层的代表，而是通过党组织思想政治教育和严格管理，成为合格的共产党员。这样既把各行业优势人才紧密团结在党的周围，又扩大了党的代表范围，巩固了党的执政基础。第三，党员干部队伍建设兼具革命化、年轻化、知识化、专业化。

四、党际关系的差异

党际关系是一个国家政党之间竞争与合作形成的相互作用影响、长期并存、相对稳定的状态。除一党制外，执政党与参政党、在野党之间的竞争合作等交流活动是党际关系的主要表现。无论两党制还是多党制，兼容性政党通过执掌政权国家权力为其所代表的阶级谋取最大利益，其他政党作为在野党或反对党不能直接参与政府管理国家事务，所以对执政党一般采取对立态度以影响其执政效果。在一系列“民意整合”得到执政权后，兼容性政党掌控的社会看起来一派协商民主景象，不同选民群体均误以为执政党代表他们的利益，是他们自己选举产生的。但实际上，兼容性政党广泛吸收选票目的已经达到，执政后更多仍是代表其阶级整体的利益，与其他政党的关系依然紧张，所扮演的角色自始至终是维护资产阶级统治地位的忠实“刻耳柏洛斯”。

我党开创的多党合作和政治协商制度深深根植于中国的政治土壤之中，在中国特色社会主义事业中发挥了巨大作用，与各民主党派之间形成了兼容并蓄的党际关系。其一在执政方式上确立了同各民主党派“长期共存、互相监督、肝胆相照、荣辱与共”的兼合式方针，中国共产党作为执政党，处于领导地位依法长期执政，各民主党派作为参政党与中国共产党通力合作，一道致力于中国特色社会主义各项事业。我党与各民主党派不是对立和竞争，而是相互包容接纳、兼容并蓄、相融相生。其二在执政过程中形成了对各民主党派的质疑、批评、指责兼听包容的品格。我党非常重视民主党派在政治生活中的合理参与，以民主的姿态、宽广的胸怀、海纳百川的兼容性品格有意识地容纳吸收对执政的批评之声和意见建议，既不走只谋一党私利的老路，也不走寻求超阶级支持的邪路，正是基于这样的执政道路，各民主党派得到了充分的生存发展空间，通过合法政治参与途径进入国家政权的运作之中，发挥其特定作用。

参考文献：

[1]陈崎.衰落还是转型当代西方政党的发展变化研究[M].北京：中国传媒大学出版社，2010：59-62.

[2]Krouwel，Andre.Otto Kirchheimer and the Catch-All Party[J].West European Politics，2003，26，（2）：23-40.

[3]李方祥.论尊重差异包容多样——新中国60年意识形态建设的重大方针研究[J].中共天津市委党校学报，2009，（5）：3-7.

[4]江泽民在庆祝建党八十周年大会上的讲话[N].人民日报，2001-07-02（1）.

兼容性平台 篇3

近年来，随着三网互通、4C（计算机、通讯、消费电子、内容）融合、三屏合一的数字化家庭网络技术革新和基础设施改造步伐加快，孕育了以家庭为核心的新型数字化文化娱乐和生活消费理念，催生了现代数字家庭新兴服务产业，人类生活已逐步进入智慧家庭时代。发展数字家庭服务，开发功能齐全、网络顺畅、操控智能的现代数字家庭智能终端设备，正在成为全球数字家庭产业发展的热点。

本文结合自主研发的基于Android平台的家庭智能终端系统，重点介绍智能终端人机交互模块设计，将家庭智能终端系统与搭载Android平台的移动终端设备通过无线网络有效连接，实现用户通过指点触摸、体感等人机交互方式完成与智能终端系统的信息交换，保证了用户准确、高效、轻松、愉快的操作需要。

2 家庭智能终端人机交互模块需求分析

本文所设计的家庭智能终端系统以搭载Android平台的智能机顶盒为核心，实现以数字电视、宽带网络、视频娱乐、网上生活消费等融合业务为特色的数字家庭网络娱乐与数字生活应用。为满足家庭不同年龄层成员对于家庭娱乐与数字应用的需要，终端系统对智能人机交互技术的需求更为迫切。因此，智能终端人机交互模块设计需要具有如下几个显著特征：

(1）可开展的数字家庭应用服务千差万别，信息交互模式应该具有多样性；

(2）支持多种无线网络运行环境下的移动终端设备（搭载Android系统平台）接入；

(3）满足不同性别、年龄、文化水平的用户的操控需要；

(4）支持当前主流的Android平台应用服务（如体感游戏）的操控方法；

(5）支持基于当前开发模式下的功能扩展，满足未来多样人机交互模式开发的需要；

上述特点满足了智能终端系统在人机交互技术方面当前的需求，并决定了未来的走向，即最大程度地使用人类自然形成的交流与认知形式，使智能终端的设计更趋智能化、人性化，让设备在人机交互中能听、能看、能说、能感觉。

3 家庭智能终端人机交互模块总体设计方案

家庭智能终端人机交互模块设计的总体思路是基于Android应用框架，利用便携式移动终端，通过无线网络实现对于家庭娱乐与数字应用服务的便捷操控。因此按照系统结构划分，可以分为服务端和客户端两部分，如图1所示。

其中，家庭智能终端作为服务端运行应用服务程序。而移动终端搭载的客户端程序可以根据不同阶层用户以及不同应用服务的需要，划分为三种不同的功能模块，即手柄控制模块、指点触摸控制模块以及传感器控制模块，各种功能模块间可以无缝切换，满足用户不同的操作需要。如图2所示。

另外，在服务端和客户端之间加入无线路由的目的是为了搭建WiFi无线网络，方便移动终端的无线接入。当然，无线路由器本身也可以集成到家庭智能终端设备内部，使其自身具备无线路由的功能。智能终端在采用有线或无线的方式连接无线路由器后，通过IP连接的方式与接入Wi Fi无线网络的便携式移动终端进行通信。由于Android系统本身支持Socket通信，因此客户端与服务端之间采用面向连接的Socket传输模式，其核心代码如下：

4 客户端功能模块设计

4.1 手柄控制模块设计

手柄控制模块的作用是在移动终端上实现日常生活中手柄操控的功能，包括“上”、“下”、“左”、“右”方向键以及“确定”、“后退”等功能键，通过点触移动终端触摸屏上相应的键值，以实现对于服务端应用服务的操控。手柄控制类GameRemoteActivity设计如图3所示。

其中mLeftBtn、mRightBtn、mUpBtn、mDownBtn分别代表“上”、“下”、“左”、“右”方向键, mABtn、mBBtn、mCBtn、mDBtn、mBackBtn、mExitBtn、mEnterBtn等分别代表不同的功能键，并根据方向键与选择键功能的不同，分别加入了点击事件监听OnClickListener。

4.2 指点触摸控制模块设计

指点触摸控制模块主要是针对支持指点触摸的应用服务而设计的。由于当前Android平台的应用服务大多针对的是搭载触摸屏的移动终端，因此，为了使这些应用服务能够运行于家庭智能终端上，指点触摸控制模块的设计就有其必要性。其作用主要是在移动终端触摸屏上划分出一块触控区域用于模拟原先直接运行于移动终端上的触控操作。指点触摸控制类MotionRemoteActivity设计如图4所示。

其中mTouchRange为划出的触控范围，在该范围内，所有指点触摸事件都加入了触摸事件监听set OnTouchListener。

4.3 传感器控制模块设计

由于Android系统内置了多种传感器，如加速度传感器、陀螺仪传感器、方向传感器等，因此，很多Android平台的应用服务（主要是游戏）加入了对传感器的支持。传感器控制模块的设计就是为了满足这些应用服务的操控需要，使得用户在家通过移动终端，而不依靠特殊的传感设备就可以完成对游戏的操控，实现了人机的自然交互。传感器控制类GestureRemoteActivity设计如图5所示。

GestureRemoteActivity中使用了加速度传感器Sensor.TYPE＿ACCELEROMETER以及方向传感器Sensor.TYPE＿ORIENTA-TION，并通过Android的SensorManager综合管理类来设定这些传感器的采样率以及精确度。

4.4 数据交换格式

在客户端功能模块设计过程中，需要对触控等事件进行数据转换，即将事件数据转换为字符串，以在函数之间轻松传递，并将这些字符串从客户端传递给服务器端程序。本文采用JSON (Java Script Object Notation）作为数据交换格式。JSON是一种轻量级的数据交换格式，采用完全独立于语言的文本格式，但也使用了类似于C语言的习惯，这些特性使得JSON成为理想的数据交换语言，易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。其核心代码如下：

5 总结

本文重点研究了基于Android平台的家庭智能终端人机交互技术，设计了结合手柄控制、指点触摸控制以及传感器控制三种功能应用的终端控制程序，基本满足了用户对多样家庭娱乐与数字应用的交互需要。但是，为了顺应数字家庭服务发展的趋势，未来还需要在当前的工作基础上，加入手势识别和自动语音识别等新型的人机交互功能以满足用户准确、高效、轻松、愉快的操作需要。

摘要：当前发展数字家庭服务, 开发功能齐全、网络顺畅、操控智能的现代数字家庭智能终端设备, 正在成为全球数字家庭产业发展的热点。本文研究的兼容Android平台的智能终端人机交互技术, 结合了手柄控制、指点触摸控制以及传感器控制三种功能应用的终端控制程序, 基本满足了用户对多样家庭娱乐与数字应用的交互需要。

关键词：智能终端,Android,人机交互,指点触摸

参考文献

[1]张庆丰译.人机交互 (第三版) [M].北京:电子工业出版社, 2007.

[2]孟祥旭, 李学庆.人机交互技术原理与应用[M].北京:清华大学出版社, 2004.

[3]E2ECloud工作室.深入浅出Google Android.北京:人民邮电出版社, 2009.

电磁兼容性重点实验室 篇4

声隐身技术国防科技重点实验室

船舶行业内唯一专业从事减振降噪前沿技术研究的重点实验室，肩负着为新型潜艇声隐身技术跨越式发展提供工程基础的重任。2010年，以中国船舶重工集团公司第七〇一研究所声隐身技术研究室为主体，与中船重工第七〇二研究所、海军工程大学联合成立声隐身技术国防科技重点实验室。实验室主要从事舰艇声隐身设计技术、控制技术、试验技术和测试技术研究，侧重于海军装备声隐身基础研究、应用基础研究和重大技术攻关，支撑型号声隐身总体设计技术的发展。

湖北海洋工程装备研究院

定位国内外高端海洋工程市场，实施“总体研发设计、总体系统集成、工程总承包”三大发展战略，着力发展高技术海洋工程船舶、大型海洋工程装备、海洋油气勘探开发工程装备、海洋工程配套装备等领域，打造科研、设计、总包三位一体的创新研制平台。海工院拥有功能齐备的船型开发、结构设计、三维构模、仿真分析、虚拟制造、设计过程管理等工具软件，将建设国际一流的计算机信息网络海洋工程研发环境，围绕现代化海洋工程装备产业链研发的需要，建设相应的基础共性技术实验室，搭建企业一流的公共研发服务平台。海工院将建设我国世界一流的海洋工程装备产品研发基地，不断推动着我国海工产业向前发展。

中国船舶工业电工产品试验检测中心开关电器试验室

前身为直流断流容量试验室，通过国防试验室认可、国家试验室认可、计量认证“三合一”的现场评审，已取得CNAL、CMA和DILAC认可证书。鉴定评为“该系统的配置改变了国内现有低压电器试验站由电力系统直接供电而造成的对电网的冲击的不利影响，其交、直流的整体试验能力也达到了国际先进水平，中低压直流通断试验能力居亚洲第一、世界第三”。试验室现有设备260多台套，占地面积2398m2。除承担我国多型船用直流开关电器的研究性试验、型式试验及出厂试验，还承担了国内多家单位产品的研究性试验、出厂试验和型式试验任务，被试对象涉及船舶、冶金、地铁和一般工业用电器产品，试验质量受到用户的一致好评。

国防科技4212二级计量站

主要从事军民品计量测试、理化检测、无损探伤及焊接技术研究等技术服务与咨询工作。计量站是国防二级计量技术机构，负责对湖北省百余家国防军工企事业单位的量值传递，承担省内三级计量技术机构计量标准考核与人员培训考核工作，以及对企业内部的计量监督管理职责，并设置了中南地区唯一的国防科技工业计量人员考试中心。建立了计量标准装置40余项，可开展几何量、热学、电磁学、力学、无线电、化学、声学等专业检定工作，是湖北省内计量标准最多、校准参数最全、产业规模最大的综合性国防计量技术机构。计量站重视计量校准与理化检测、无损检测技术的同步发展和进步，建有无损检测中心及材料与结构实验检测中心，配备40余台套国内外先进的检测设备，培养了一支高素质的专业技术和管理队伍。

核动力仿真重点实验室

主要研究自主化的核动力仿真术，包括核动力仿真支撑平台技术、核动力过程仿真模型技术、数字化仪控系统仿真技术、核动力三维虚拟仿真技术等。研究开发了具有完全自主知识产权的通用核动力仿真平台RINSIM，实现了对核动力仿真机、模拟机开发、运行及维护的全寿期支持，技术国内领先，达到国际水平；开发了严重事故仿真软件，实现了仿真过程模型的高精度及严重事故的监测与干预；在数字化仪控技术方面，开展了仪控系统（包括DCS）仿真验证平台的关键技术研究，掌握多种数字化仪控系统仿真技术，开发了数字化仪控系统设计验证平台；在虚拟现实技术研究方面，开发了核电站虚拟漫游和虚拟检修系统平台RinVR，完成了虚拟平台和系统仿真平台的集成，填补了虚拟现实技术在核电站应用领域的空白。

航空防护救生技术航空科技重点实验室

是为满足新一代飞行器的防护救生要求，体现以人为本的设计思想，关注人机安全的发展趋势而设立，实验室以研究防护救生领域的先进技术为目的，提升我国航空防护救生装备的能力和水平，满足国防现代化建设的要求，从而达到在该领域的装备和技术水平在国际上处于领先地位的目标。实验室结合4个研究方向，设立了六个研究单元，开展探索性、创新性的基础研究、应用基础研究、应用研究及型号关键技术攻关等项目研究。建设方向为跟踪国际上防护救生领域先进的技术，研究用户需求，探索防护救生领域的新技术、新概念、新原理；开展防护救生领域技术工程化研究，快速将研究成果应用至型号上，满足对防护救生技术和装备不断增长的需求等；有计划、有梯次的培养防护救生领域后备人才，吸引高素质研究人才，建立一支该领域队伍稳定、专业齐全、军地结合的人才团队等。

高速水动力实验室

主要研究高速航行体综合航行技术、高速水动力测试分析技术、高速航行体流动控制技术、高速水动力仿真及数值水池技术、水上迫降及水面击水技术。是国家航空科技重点实验室，包括高速航空拖曳水池和水上迫降水池，高速航空拖曳水池是亚洲长度最长、速度最高的水池。实验室着重研究高速航行体（水面飞行器、高性能船舶、高速水下航行体）的流体动力构型、航行性能（快速性、操作性、稳定性、耐波性和实战环境下的环境适应性、隐身性等）、固定翼、旋翼机水上迫降性能与试验验证技术以及相关的试验测试分析技术。已具备水面飞行器水动力设计及试验、固定翼飞机及旋翼飞机水上迫降试验、水面舰船及水下兵器试验等科研试验能力。先后完成了我国第一架大型水上飞机SH-5、第一架森林灭火飞机、第一架实用型地效飞行器DXF-100、第一架轻型水陆两栖飞机HO300以及AG600大型灭火/水上救援水陆两栖飞机的水动力设计与性能试验。目前已开展运八、MA60、ARJ21等机型的水上迫降性能研究及适航验证试验。

武仪航空防除冰重点试验室

主要进行防除冰、结冰验证试验。BQS-01结冰气候室为国内唯一的一座大型低温结冰气候试验室。该气候室采用立式单回流闭口低速风洞形式，能够模拟低温和结冰云雾指标，并能模拟一定风速。气候室主要实验对象为防除冰部件、组件以及小型飞机的部件或各种缩比模型。可进行飞机防除冰系统产品（如尾翼除冰分系统、直升机旋翼防冰系统）的防除冰验证试验，尺寸较大的飞机部件、局部段或模型的结冰试验，以及飞机部件（如副油箱等）在低温环境下的传热及温升特性试验等。

YBF-04仪表冰风洞为目前国内唯一一座投入使用的带高度模拟功能的亚音速仪表冰风洞。该冰风洞采用闭口回流式结构，主要技术参数达到国际同类风洞水平，可进行航空仪表、气动传感器的防除冰试验，测试产品参数，验证其防除冰性能，还可以进行发动机导叶、整流支板、帽罩及飞机机翼旋翼缩尺模型或局部段的结冰特性研究试验，飞机防除冰组件的防除冰验证试验，以及开展结冰机理、冰成形等相关试验研究。

计量检测中心

专门为火箭炮等军工产品计量理化及环境可靠性试验建设的综合性服务保障机构，是鄂西北地区大型机电产品环境与可靠性试验的重要基地之一。在产品环境与可靠性实验手段和能力方面首屈一指，拥有特大型高低温、潮湿交变试验箱，试验环境采用先进全自动计算机控制，能够自动升降温、调节温湿度、采集和处理数据、完成实验报告，试验所用软件及硬件配置均满足国家与国军标等产品环境试验与可靠性要求。拥有人员38人，其中工程技术人员15人，人员持证率100%，设有七大专业：几何量、电磁、温度、力学、物理、化学、环境与可靠性试验。拥有各类主要检测试验设备225台。其中，大型三坐标测量机等检测试验设备达到国内外先进水平。

兼容性平台 篇5

民用飞机的电磁兼容性是指飞机的机载设备在正常运行时, 不干扰其它设备的同时也不受其它设备的干扰。飞机的机载系统中多数设备为射频接收机, 因此极易受到电磁干扰。其中导航和通讯系统最容易受到干扰。设备所受到的干扰可以来自系统的外部和系统的内部。设备对系统外部电磁干扰的抵抗能力是设备在设计和运行时主要考虑的因素, 设备对系统内部电磁干扰的抵抗能力是设备安装时的首要考虑因素。内部干扰可以来自系统的任何一台设备, 而且通常由设备内部处理器时钟、谐波电流、高速数据传输线和开关电源产生。因为潜在的干扰源有很多, 人为的去测量每一个频段将花费大量的时间也很容易导致错误出现。

1 系统的测试流程

进行测试时, 用电流探头去夹住设备之间的电缆。由计算机向频谱仪发送各个频段的参数, 对线缆在各个频段的辐射进行测量, 寻找出明显高于底噪的尖峰点。将尖峰点进行标记后, 通过更改频谱仪的测量参数, 更精确地确定所标记的尖峰点对应的频率及幅值并记录。切换频谱仪的输入, 将所对应的工作频段的天线接入频谱仪, 观察天线的测量曲线上在标记尖峰点对应的频率上是否也同样存在尖峰, 若存在则证明天线所接的设备端存在一个电磁兼容问题。

由于干扰的存在精确地寻找出尖峰点的信息是整个测试流程的关键。在测试时首先在频谱仪上找出测量曲线的最大值点并标记, 通过调整频谱仪的扫频宽度 (Span) 和显示精度 (RBW) 进行放大, 并把尖峰点的频率设置为频谱仪中心频率。放大后再次寻找当前测量曲线的最大值并标记。循环这个过程直至找到精确的尖峰点的频率, 之后再寻找下一个尖峰点。

2 系统结构

2.1系统的硬件结构

自动测试系统主要由:计算机、频谱分析仪、带通滤波器、GPIB卡、天线和电流探头组成。电流探头用于测量出设备之间的电缆连线, 多模开关起到开关的作用, 用来选通所需要测试的接受天线, 然后利用频谱仪进行数据分析。计算机通过GPIB线与频谱仪和多模开关进行通信, 打印机用于打印测试结果。系统的硬件连接图如图2所示。

2.2 系统的软件结构

Labview是美国国家仪器 (National Instruments) 公司开发的一款基于图形化的编程语言, 依靠数据的流向来控制程序的运行。针对自动测试系统, Labview有着丰富的函数来支持数据的采集、处理和保存测试数据, 同时也有许多的第三方仪器驱动程序, 可以方便的控制仪器。这使得开发人员不用花费过多时间进行程序的底层开发, 把更多的精力来思考数据处理的方法。本自动测试系统采用模块化的程序结构, 主要包括:参数设置、仪器控制、数据处理和数据保存四个模块。 (1) 参数设置模块。该模块主要用于设置保存电缆的线束因子, 该因子有可能是阻抗也有可能是衰减因子。同时该模块也用于获取仪器的端口地址。 (2) 仪器控制模块。该模块主要用于控制频谱仪对测试数据进行分析和控制多模开关选通工作天线, 是整个自动测试系统软件平台的核心。通过计算机设置频谱仪的起始频率和截止频率, 自动的寻找出该频段上最大值并显示最大值的频率与幅值, 可对标记点放大以寻求更精确地数据。 (3) 数据处理模块。该模块将所记录的数据按照其对应的频率进行降序排列以后保存为表格文件, 同时也可以把已经测得的不同频段的数据文件合并为一个文件, 便于对天线在整个频段所受的干扰进行分析。 (4) 数据保存模块。该模块可以给测量的数据文件设置文件名, 给数据段添加注释, 设置数据的保存路径。

3 结束语

板级电磁兼容性设计 篇6

1 电磁兼容性原理

电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备能抑制各种外来的干扰, 使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作, 同时又能减少电子设备本身对其他电子设备的干扰。

PCB电磁环境的组成, 电磁环境的模型见图1:

电磁干扰源包括微处理器、微控制器、静电放电、传送带、瞬时功率执行元件 (如机电式继电器、开关电源、闪电等) ;

a) 耦合路径一条导线在一个由噪声的环境中经过, 这条导线通过感应将接收这个噪声并且将它传递到电路的其余部分。在有共享负载 (阻抗) 的电路中也会发生耦合现象。

b) 接收器所有的电子电路都可以接收传送的电磁干扰。在数字电路中, 临界信号最容易受到电子干扰的影响。这些信号包括复位、中断和控制信号。

2 元器件的选择

元器件的选择是影响板级电磁兼容性性能的主要因素, 每一种元器件都有它各自的特点, 因此正确选择元器件, 可以减少或抑制电磁干扰。

2.1 选择表贴器件

元器件分为有引脚的和无引脚的两种。有引脚的元器件有寄生效果, 尤其在高频时, 该引脚形成了一个小电感, 大约1 n H/m m/引脚, 引脚的末端也能产生一个小电容的效应, 大约有4p F。而无引脚的表贴封装的元器件的寄生效果要小一些, 有0.5 nH的寄生电感和约0.3pF寄生电容, 所以选择表贴封装的元器件 (包括电阻、电容、IC) , 一方面可以缩小印制板的尺寸, 另一方面使其具有更好的EMC性能。

2.2 电容的选择

选择合适的电容可以解决许多E M C的问题。铝电解电容和胆电解电容适于低频终端, 主要是存储器和低频滤波器领域, 陶质电容比较适合中频范围 (KHz到M H z) , 特殊的低损耗的陶质电容和云母电容适合于高频和微波电路。

2.2.1 旁路电容

旁路电容的主要功能是产生一个交流分路, 从而消去进入易感区域的那些不需要的能量, 旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求, 通常铝电解电容和胆电解电容比较适合作旁路电容, 其容值取决于PCB板上瞬态电流需求, 一般在10-470 uf, 若PCB板上有许多集成电路、高速开关和具有长引线的电源, 就应选择大容量的电容。

2.2.1 去耦电容

去耦电容的主要功能是提供一个局部的直流电源给有源器件, 以减少开关噪声在板上的传播, 并将噪声引导到地。好的高频去耦电容可以去除1G HZ的高频成分。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计时, 每个集成电路的电源, 地之间都要加一个去耦电容。去耦电容提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;数字电路中去耦电容为0.1uf, 它有5nH分布电感, 它的并行共振频率大约在7MHz左右, 也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用, 对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1uf, 10uf电容, 并行共振频率在20MHz以上, 去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入地方加一个1uf或10uf的去高频电容往往是有利的, 每10片左右的集成电路要加一片充放电电容, 或称为蓄放电容, 电容大小可选10uf。最好不用电解电容, 电解电容是两层薄膜卷起来的, 这种卷起来的结构在高频时表现为电感, 最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。去耦电容值的选取并不严格, 可按C=1/f计算;即10MHz取0.1uf, 对微控制器构成的系统, 取0.1~0.01uf之间都可以。

选择去耦电容时, 除了考虑容值外, E S R值也会影响去耦能力, 所以应选择ESR低于1欧姆的电容。

2.3 电阻的选择

由于表贴元器件具有低寄生电容参数的特点, 因此, 表贴电阻忧于有引脚的电阻。对于有引脚的电阻, 首选是碳膜电阻、其次是金属膜电阻, 最后是线绕电阻。

在相对低的工作频率下, 金属膜电阻是主要的寄生电容, 因此它适合于高功率的电路中。

在上拉和下拉电阻的电路中, 晶体管或集成电路的快速切换会增加上升时间, 为了减小这个影响, 所有的电阻必须尽可能靠近有源器件及它的电源和地, 从而减少PCB连线。

2.4 电感

电感是一种可以将磁场和电场联系起来的元件, 其固有的、可以与磁场互相作用的能力使其比其他元件更为敏感, 合理地使用电感也能解决许多EMC问题。

下图2是两种基本类型的电感:开环和闭环。它们的不同在于内部的磁场环。在开环设计中, 磁场通过空气闭合;而在闭环设计中, 磁场通过磁芯完成磁路。

电感比起电容和电阻的一个优点是它没有寄生感抗, 因此其表贴类型和引线类型没什么区别。开环电感的磁场穿过空气, 这将引起辐射并带来电磁干扰 (EMI) 问题, 在选择开环电感时, 绕线式比棒式或螺旋式更好, 因为这样磁场将被控制在磁芯;对闭环电感而言, 磁场完全控制在磁芯, 因此在电路设计中, 这种类型的电感更为理想, 但是比较昂贵。螺旋环状闭环电感的优点是:它不仅将磁环控制在磁芯, 还可以自行消除所有外来的附带场辐射。

电感的磁性材料主要有两种类型:铁和铁氧体。铁磁芯电感用于低频 (几十KHz) 场合, 而铁氧体磁芯电感用于高频 (M H z) 场合, 铁氧体磁芯电感更适合于EMC。

2.5 二极管

二极管是最简单的半导体器件, 由于其独特的特性, 某些二极管有助于解决并防止与EMC相关的一些问题.如瞬态电压抑制二极管 (TVS) , 可以减去瞬时尖脉冲, 对EMC有效, 在下面的电路设计中会提及。

3 电路设计

3.1 电源设计

电源是总线系统的主要干扰源, 因此在设计的时候要充分地考虑电磁兼容设计, 使用旁路电容和去耦电容来尽量减小电源对总线的影响。比如一个电压的输入、输出系统, 如图3所示, 0.1μF的去耦电容可以避免内在的振动和过滤高频噪声, 100~470μF的旁路电容减少电压输出的脉动。

3.2 时钟振荡电路设计

在一个系统中, 时钟电路通常是最大的宽带噪声发生器, 为减小高频时钟信号的干扰, 尽可能选用满足系统要求的最低频率时钟。用RC滤波电路对输出时钟信号进行滤波。在给定的频率范围内, 器件产生的能量越少, 辐射的噪声就越小。

图4为一个时钟振荡电路, O S C 1, OSC2是U9 (82573) 的输入, 我们给时钟信号加上适合的匹配电阻来改善时钟信号, 这样可以使大部分的过冲和下冲都得到消除, 时钟信号的形状差异大大减小了, 表明传输质量改善了, 事实上, 通过增加电容值还可以进一步协调波形来消除所有的过冲。

3.3 接口电路设计

大多数电子产品在生命周期内9 9%的时间都会处于一个静电释放 (ESD) 的环境中, E S D干扰会导致产品锁死、复位、数据丢失或可靠性下降。静电会对I/O端口造成毁灭性损害, 有可能造成显示重影、元器件损坏。所以在电路设计中, 尤其高速数据总线的显示接口、USB接口、网络等接口端加入共模扼流圈或TVS阵列来解决ESD问题和完成EMI滤波, 在电路中共模扼流圈串行连接, TVS并行接在电路中。具体电路如下图5所示。U61, U62为接口保护器件。

4 PCB工程化设计

除了元器件的选择和电路设计之外, 良好的PCB的布局和PCB布线在电磁兼容性中起着非常重要的作用。

4.1 PCB布局

(1) 元器件在印制板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题, 各部件之间的引线要尽量短。在布局上, 要把模拟信号部分、高速数字电路部分、噪声源部分这三部分合理地分开, 使相互间的信号耦合为最小。

(2) 在布局时, 晶振应尽可能靠近其器件, 以缩短传输线长度, 走线尽量短, 线宽加宽, 以减少噪声干扰及分布电容的影响。

(3) 每个集成电路旁放一个去耦电容。每个胆电容边上要加一个小的高频旁路电容。

4.2 PCB布线

任何时候信号由源到负载的传输都必须有一个最低阻抗的路径.具有多层的PCB常常用于高速、高性能的系统。下面以一个12层板为例说明多层板的结构和布局.其分层结构为T-P-S-P-S-P-S-P-S-S-P-B, “T”为顶层, “P”为参考平面层, “S”为信号层, “B”为底层.从顶层至底层依次为第1层、第2层……第1 2层.下图8 1 2层的P C B LAYOUT的设计。

顶层和底层用作元件的焊盘, 信号在顶层和底层不应传输太长的距离, 以便减少来自走线的直接辐射, 不相容的信号线应相互隔离, 这样做的目的是避免相互之间产生耦合干扰。高频与低频、大电流与小电流、数字与模拟信号线是不相容的, 元件布置中就应该把不相容元件放在印制板上不同的位置, 在信号线的布置上仍要注意把它们隔离。设计时要注意以下3个问题:

1) 确定哪个参考平面层将包含用于不同的DC电压的多个电源区, 假设第11层有多个DC电压, 就意味着设计者必须将高速信号尽可能远离第10层和底层, 因为返回电流不能流过第10层以上的参考平面, 第3, 5, 7, 8和9层分别为高速信号的信号层, 重要信号的走线尽可能以一个方向布局, 以便优化层上可能的走线通道数, 分布在不同层上的信号走线应互相垂直, 这样可以减少线间的电场和磁场的耦合干扰, 第3和第7层可以设定为“水平”走线, 而第5和第9层设置为“垂直”走线, 走线布在哪一层要根据其到达目的地的方向。

2) 高速信号走线时层的变化, 及哪些不同的层用于一个独立的走线, 确保返回电流从一个参考平面流到需要的新参考平面, 这样是为了减小信号环路面积, 减小环路的差模电流辐射和共模电流辐射, 环路辐射与电流强度、环路面积成正比.实际上, 最好的设计并不要求返回电流改变参考平面, 而是简单地从参考平面的一侧改变到另一侧.如信号层的组合可以用作信号层对:第3层和第5层, 第5层和第7层, 第7层和第9层, 这就允许一个水平方向和垂直方向形成一个布线组合, 但是第3层和第9层的组合就不应使用, 因为这要求返回电流从第4层流到第8层, 尽管一个去耦电容可以放置在过孔附近, 但在高频时由于存在引线和过孔电感而使电容失去作用, 并且这种走线会使信号环路面积增大, 不利减小电流辐射。

3) 为参考平面层选定DC电压, 该例中, 由于处理器内部信号处理的高速性, 致使在电源/地参考引脚上存在大量的噪声, 因此, 在为处理器提供相同DC电压上使用去耦电容器非常重要, 并且尽可能有效地使用去耦电容, 降低这些元件电感的最好方法是连接走线尽可能短和宽, 并且尽可能使过孔短和粗.如果第2层分配为“地”, 且第4层分配为处理器的电源, 则过孔距离放置处理器和去耦电容的顶层应该尽可能短, 延伸到板的底层的过空剩余部分不包含任何重要的电流, 而且距离短不会具有天线作用。

在多层PCB板电磁兼容性设计中, 确定多层板电源层与边沿的距离和解决印制线间的距离有两个基本原则:2 0-H规则及3-W法则。

4.3 电源、地线的处理

在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源、地线宽度, 最好是地线比电源线宽, 它们的关系是:地线>电源线>信号线, 通常信号线宽为:0.2~0.3mm, 最细宽度可达0.05~0.07mm, 电源线为1.2~2.5 mm。对数字电路的P CB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用 (模拟电路的不能这样使用) , 大面积铜层作地线用, 在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板, 电源, 地线各占用一层。

4.4 控制关键网线的阻抗

下面以一个实例来说明网线的阻抗控制, 如图7所示, :U 9-8 2 5 7 3, U 9 7-GST5009, U9-C13, C14为驱动端, U97-1 1, 1 2接收端, 图中绿色的成对的线为网络差分对线。

使用Cadence公司的Allegro PCB si工具进行仿真。对实际电路由于阻抗不匹配引起的信号完整性问题进行了分析。特别对消除反射进行了仿真, 并从图8和图9仿真的波形得到适当的电阻阻值。

5 结束语

高电磁干扰已成为线路设计所面临的主要问题之一, 这篇文章从元器件的选择、电路设计、PCB布线几个方面讨论了抗干扰的一些措施。PCB设计实际上是一个系统问题, 涉及面很广, 情况也比较复杂, 在整个设计过程中我们要实现设计过程的可控性, 只有可控的才是可靠的。

摘要：随着电子技术的飞速发展, 电子系统的工作频率越来越高;电磁兼容成为一个电子系统能否正常工作的关键。本文从设计层开始, 通过对元器件的选择、电路设计和PCB布局、布线等方面进行分析, 有效地降低系统的干扰、增强电磁兼容性能, 从而有效地提高系统的可靠性。

关键词：电磁兼容性,抗干扰,PCB布线

参考文献

[1]化雪荟, 陈大力.布线抗干扰问题的分析与设计.工业科技出版社.2004

100G系统兼容性受关注 篇7

近期，韦乐平指出，目前40G需求可以看作未来100G需求的前奏，业界应在做好40G应用的同时,密切关注和积极推进100G系统的开发和成熟,在市场需要的时候及时果断地部署具有更长技术寿命和市场窗口的100G系统。

国际上,目前Verizon公司正在积极开展100G网络能力的测试工作,以期在2010年将美国主千网络线路都升级到100G。华为、阿尔卡特朗讯、爱立信等主流设备商也都推出了100G的传输系统,有分析指出,2010年,我国运营商,尤其是中国电信,有可能向100G时代迈出关键一步。

10G、40G、100G长期共存

根据市场研究公司Infonetics Research公司发布的2009年10G/40G/100G市场规模和预测报告,全球10G、40G和100G网络设备端口销售收入将会在未来5年内强劲增长,企业和服务供应商预计在2008～2013年累计花费1050亿美元。

据RHK预测,100G最早可能在2010年在骨干网络有所应用,其大规模应用应在2013年以后,从而形成10G、40G、100G业务长期共存的局面。因此运营商除了考虑如何突破100G本身的技术壁垒外,更需要考虑如何打造兼容性WDM平台,有效地保证用户投资的可持续发展性。

对于商用平台的兼容性,各厂家也给予了高度重视。华为波分营销支持部部长文韬认为:“10G向40G乃至100G演进是网络发展的必然趋势,正如10G向40G演进需要兼容传送平台,40G向100G演进同样需要统一兼容传送平台。自2005年以来,全球超过30家运营商已经部署了40G网络并且还有许多运营商已经开始规划40G网络,100G技术预计在2012年开始商用,40G将和100G长期共存。”

而上海贝尔光网络能力中心产品市场经理李园指出,目前有些运营商在等待100G数据业务的应用,有可能不会大规模部署40G数据设备,这也使40G应用的窗口期可能缩短,形成10G、40G、100G业务长期共存的局面。

数据中心应用成主要需求

中国电信北京研究院的专家认为,由于三重播放、视频点播和互连网高速接入等数据业务的迅猛增长,中国电信对业务带宽的需求以几何级数方式增长,传输网络目前正面临带宽的缺乏,100G已经被证明在容量耗尽的路由上比重建网络具有更高的成本和效率。另外,核心路由器100G接口的传输需求也将逐渐增加,这些都是中国电信建设100G传输网络的驱动力。

目前业界比较一致的观点是,未来用户对于100G高端交换机的需求将大量集中在数据中心应用领域,以解决大流量数据传输的问题。而在数据传输的高速率和大流量背景下,运营商与数据中心自然结成了互相依存的关系。

实际上,随着互联网应用的发展,以及3G、Wi-Fi、WiMAX等无线宽带技术的兴盛,运营商也是较早预见到高带宽设备需求,并期盼有相应标准予以支撑的应用。新兴的Web2.0的业务运营商,例如谷歌、Facebook等,也关注采用100G光网络传输技术来实现成本优化的高容量的路由器间业务传送,以应对强劲的业务量增长。

电子线路的电磁兼容性分析 篇8

随着电子技术的高速发展, 世界进入了信息时代。电子、电气设备或系统获得了越来越广泛的应用。大功率的发射机对不希望接收其信息的高灵敏度接收机构成了灾难性的干扰, 在工业发达的大城市中, 电磁环境越来越恶劣, 往往使电子、电气设备或系统不能正常工作, 引起性能降低, 甚至受到损坏。

电磁干扰产生于干扰源, 它是一种来自外部的、并有损于有用信号的电磁现象。由电磁干扰源发生的电磁能, 经某种传播途径传输至敏感设备, 敏感设备又对此表现出某种形式的“响应”, 并产生干扰的“效果”, 该作用过程及其结果, 称为电磁干扰效应。在人们的生活中, 电磁干扰效应普遍存在, 形式各异。如果干扰效应十分严重, 设备或系统失灵, 导致严重故障或事故, 这被称为电磁兼容性故障。显而易见, 电磁干扰已是现代电子技术发展道路上必须逾越的巨大障碍。为了保障电子系统或设备的正常工作, 必须研究电磁干扰, 分析预测干扰, 限制人为干扰强度, 研究抑制干扰的有效技术手段, 提高抗干扰能力, 并对电磁环境进行合理化设计。

现代的电子产品, 功能越来越强大, 电子线路也越来越复杂, 电磁干扰 (EMI) 和电磁兼容性问题变成了主要问题。先进的计算机辅助设计 (CAD) 在电子线路设计方面, 很大程度地拓宽了电路设计的能力, 但对于电磁兼容设计的帮助却很有限。

目前, 全球各地区基本都设置了EMC相应的市场准入认证, 用以保护本地区的电磁环境和本土产品的竞争优势。如:北美的FCC、NEBC认证、欧盟的CE认证、日本的VCCEI认证、澳洲的C-TICK认证、台湾地区的BSMI认证、中国的3C认证等都是进入这些市场的“通行证”。

1 电磁兼容问题

电磁兼容设计实际上就是针对电子产品中产生的电磁干扰进行优化设计, 使之成为符合各国或地区电磁兼容性标准的产品。EMC的定义是:在同一电磁环境中, 设备能够不因为其他设备的干扰影响正常工作, 同时也不对其他设备产生影响工作的干扰。

一般电子线路都是由电阻器、电容器、电感器、变压器、有源器件和导线组成的。当电路中有电压存在时, 在所有带电的元器件周围都会产生电场, 当电路中有电流流过时, 在所有载流体的周围都存在磁场。

电容器是电场最集中的元件。流过电容器的电流是位移电流。这个位移电流是由于电容器的两个极板带电, 并在两个极板之间产生电场, 通过电场感应, 两个极板会产生充放电, 形成位移电流。实际上电容器回路中的电流并没有真正流过电容器, 而只是对电容器进行充放电。当电容器的两个极板张开时, 可以把两个极板看成是一组电场辐射天线, 此时在两个极板之间的电路都会对极板之间的电场产生感应。在两极板之间的电路不管是闭路, 或者是开路, 当电场方向不断改变时, 在与电场方向一致的导体中都会产生位移电流。

电场强度的定义是电位梯度, 即两点之间的电位差与距离之比。一根数米长的导线, 当其流过数安培的电流时, 其两端电压最多也只有零点几伏, 即几十毫伏/米的电场强度, 就可以在导体内产生数安培的电流。可见, 电场作用效力之大, 其干扰能力之强。

电感器和变压器是磁场最集中的元件, 流过变压器次级线圈的电流是感应电流。这个感应电流是因为变压器初级线圈中有电流流过时, 产生磁感应而产生的。在电感器和变压器周边的电路, 都可看成是一个变压器的感应线圈。当电感器和变压器漏感产生的磁力线穿过某电路时, 此电路作为变压器的“次级线圈”就会产生感应电流。两个相邻回路的电路, 也同样可以把其中的一个回路看成是变压器的“初级线圈”, 而另一个回路可以看成是变压器的“次级线圈”, 因此两个相邻回路同样产生电磁感应, 即互相产生干扰。

在电子线路中只要有电场或磁场存在, 就会产生电磁干扰。在高速PCB及系统设计中, 高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源, 能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

2 电源的EMC设计

目前, 大多数电子产品都选用开关电源供电, 以节省能源和提高工作效率;同时越来越多的产品也都含有数字电路, 以提供更多的应用功能。开关电源电路和数字电路中的时钟电路是目前电子产品中最主要的电磁干扰源, 它们是电磁兼容设计的主要内容。下面以一个开关电源的电磁兼容设计过程进行分析。

图1是一个普遍应用的反激式或称为回扫式的开关电源工作原理图, 50 Hz或60 Hz交流电网电压首先经整流堆整流, 并向储能滤波电容器C5充电, 然后向变压器T1与开关管V1组成的负载回路供电。图2是进行过电磁兼容设计后的电气原理图。

(1) 对电流谐波的抑制 。

一般电容器C5的容量很大, 其两端电压纹波很小, 大约只有输入电压的10%左右, 而仅当输入电压Uin大于电容器C5两端电压的时候, 整流二极管才导通。因此在输入电压的一个周期内, 整流二极管的导通时间很短, 即导通角很小。这样整流电路中将出现脉冲尖峰电流, 如图3所示。

这种脉冲尖峰电流如用傅里叶级数展开, 看成由非常多的高次谐波电流组成, 这些谐波电流将会降低电源设备的使用效率, 即功率因数很低, 并会倒灌到电网, 对电网产生污染, 当严重时还会引起电网频率的波动, 即交流电源闪烁。脉冲电流谐波和交流电源闪烁测试标准为:IEC61000-3-2及IEC61000-3-3。一般测试脉冲电流谐波的上限是40次谐波频率。

解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的方法是在整流电路中串联一个功率因数校正 (PFC) 电路, 或差模滤波电感器。PFC电路一般为一个并联式升压开关电源, 其输出电压一般为直流400 V, 没有经功率因数校正之前的电源设备, 其功率因数一般只有0.4～0.6, 经校正后最高可达到0.98。PFC电路虽然可以解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的问题, 但又会带来新的高频干扰问题, 这同样也要进行严格的EMC设计。用差模滤波电感器可以有效地抑制脉冲电流的峰值, 从而降低电流谐波干扰, 但不能提高功率因数。

图2中的L1为差模滤波电感器, 差模滤波电感器一般用矽钢片材料制作, 以提高电感量, 为了防止大电流流过差模滤波电感器时产生磁饱和。一般差模滤波电感器的两个组线圈都各自留有一个漏感磁回路。

L1差模滤波电感可根据试验求得, 也可以根据下式进行计算:

$E=L\text{d}i/\text{d}t$

式中:E为输入电压Uin与电容器C5两端电压的差值, 即L1两端的电压降, L为电感量, di/dt为电流上升率。显然, 要求电流上升率越小, 则要求电感量就越大。

(2) 对振铃电压的抑制。

由于变压器的初级有漏感, 当电源开关管V1由饱和导通到截止关断时会产生反电动势, 反电动势又会对变压器初级线圈的分布电容进行充放电, 从而产生阻尼振荡, 即产生振铃, 如图4所示。

变压器初级漏感产生反电动势的电压幅度一般都很高, 其能量也很大, 如不采取保护措施, 反电动势一般都会把电源开关管击穿, 同时反电动势产生的阻尼振荡还会产生很强的电磁辐射, 不但对机器本身造成严重干扰, 对机器周边环境也会产生严重的电磁干扰。

图2中的D1, R2, C6是抑制反电动势和振铃电压幅度的有效电路, 当变压器初级漏感产生反电动势时, 反电动势通过二极管D1对电容器C6进行充电, 相当于电容器吸收反电动势的能量, 从而降低了反电动势和振铃电压的幅度。电容器C6充满电后, 又会通过R2放电, 正确选择RC放电的时间常数, 使电容器在下次充电时, 其剩余电压刚好等于方波电压幅度, 此时电源的工作效率最高。

(3) 对传导干扰信号的抑制。

图1中, 当电源开关管V1导通或者截止时, 在电容器C5、变压器T1的初级和电源开关管V1组成的电路中会产生脉动直流i1, 如果把此电流回路看成是一个变压器的“初级线圈”。由于电流i1的变化速率很高, 它在“初级线圈”中产生的电磁感应, 也会对周围电路产生电磁感应。可以把周围电路都看成是同一变压器的多个“次级线圈”, 同时变压器T1的漏感也同样对各个“次级线圈”产生感应作用。因此电流i1通过电磁感应, 在每个“次级线圈”中都会产生的感应电流, 分别把它们记为i2, i3, …, in。其中, i2和i3是差模干扰信号, 它们可以通过两根电源线传导到电网的其他线路之中和干扰其他电子设备。i4是共模干扰信号, 它是电流i1回路通过电磁感应其他电路与大地或机壳组成的回路产生的, 并且其他电路与大地或机壳是通过电容耦合构成回路的, 共模干扰信号可以通过电源线与大地传导到电网其他线路之中和干扰其他电子设备。

与电源开关管V1的集电极相连的电路, 也是产生共模干扰信号的主要原因。因为在整个开关电源电路中, 数电源开关管V1集电极的电位最高, 最高可达600 V以上, 其他电路的电位都比它低, 因此电源开关管V1的集电极与其他电路 (也包括电源输入端的引线) 之间存在很强的电场, 在电场的作用下, 电路会产生位移电流, 这个位移电流基本属于共模干扰信号。

图2中的电容器C1, C2和差模电感器L1对i1, i2和i3差模干扰信号有很强的抑制能力。由于C1, C2在电源线拔出时还会带电, 容易触电伤人, 所以在电源输入的两端要接一个放电电阻R1。

对共模干扰信号i4要进行完全抑制, 一般很困难, 特别是没有金属机壳屏蔽的情况下, 因为在感应产生共模干扰信号的回路中, 其中的一个“元器件”是线路板与大地之间的等效电容, 此“元器件”的数值一般是不稳定的, 进行设计时对指标要留有足够的余量。图2中L2和C3, C4是共模干扰信号抑制电路器件, 在输入功率较大的电路中, L2一般要用两个, 甚至三个, 其中一个多为环形磁心电感。

根据上面分析, 产生电磁干扰的主要原因是i1流过的主要回路, 这个回路主要由电容器C5、变压器T1初级和电源开关管V1组成。根据电磁感应原理, 这个回路产生的感应电动势为:

$e=\text{d}\Phi /\text{d}t=S\text{d}B/\text{d}t$

式中:e为感应电动势;Φ为磁通量;S为电流回路的面积;B为磁感应强度, 其值与电流强度成正比;dψ/dt为磁通变化率。由此可见, 感应电动势与电流回路的面积成正比。因此要减小电磁干扰, 首先要设法减小电流回路的面积, 特别是i1电流流过的回路面积。另外, 为了减少变压器漏感对周围电路产生电磁感应的影响, 一方面要求心量减小变压器的漏感;另一方面, 在变压器的外围包一层薄铜皮, 以构成一个低阻抗短路线圈, 通过涡流消耗漏感产生的感应能量。

(4) 对辐射干扰信号的抑制。

电磁辐射干扰也是通过电磁感应的方式, 由带电体或电流回路及磁感应回路对外产生电磁辐射的。任何一根导体都可以看作一根电磁感应天线, 任何一个电流回路都可以看作一个环形天线, 电感线圈和变压器漏感也是电磁感应辐射的重要器件。要想完全抑制电磁辐射是不可能的, 但通过对电路进行合理设计, 或者采取部分屏蔽措施, 可以大大减轻电磁干扰的辐射。

例如, 尽量缩短电路引线的长度和减小电流回路的面积, 是减小电磁辐射的有效方法;正确使用储能滤波电容, 把储能滤波电容尽量近地安装在有源器件电源引线的两端, 每个有源器件独立供电, 或单独用一个储能滤波电容供电 (充满电的电容可以看成是一个独立电源) , 防止各电路中的有源器件 (放大器) 通过电源线和地线产生串扰;把电源引线的地和信号源的地严格分开, 或对信号引线采取双线并行对中交叉的方法, 让干扰信号互相抵消, 也是一种减小电磁辐射的有效方法;利用散热片也可以对电磁干扰进行局部屏蔽, 对信号引线还可以采取双地线并行屏蔽的方法, 让信号线夹在两条平行地线的中间, 这相当于双回路, 干扰信号也会互相抵消, 屏蔽效果非常显著;机器或敏感器件采用金属外壳是最好的屏蔽电磁干扰方法, 但非金属外壳也可以喷涂导电材料 (如石墨) 进行电磁干扰屏蔽。

(5) 对高压的静电的消除。

图1中, 如果输出电压高于1 000 V, 必须考虑静电消除。虽然大多数的开关电源都采取变压器进行“冷热地”隔离, 由于“热地”, 也叫“初级地”, 通过电网可构成回路, 当人体接触到“初级地”时会“触电”, 所以人们都把“初级地”叫作“热地”, 表示不能触摸的意思。而“冷地”也叫“次级地”, 尽管电压很高, 但它与大地不构成回路, 当人体接触到“次级地”时不会“触电”, 因此, 人们都把“次级地”叫作“冷地”, 表示可以触摸的意思。 但不管是“冷地”或者是“热地”, 其对大地的电位差都不可能是零, 即还是会带电。如彩色电视机中的开关电源, “热地”对大地的电位差, 其峰峰值大约有400 V;“冷地”对大地的电位差, 其峰峰值大约有1 500 V。

“热地”带电比较好理解, 而“冷地”带电一般人是难以理解的。“冷地”带电电压是由变压器次级产生的。虽然变压器次级的一端与“冷地”连接, 但真正的零电位是在变压器次级线圈的中心, 或整流输出滤波电容器介质的中间。这一点称为电源的“浮地”, 即它为零电位, 但又不与大地相连。由此可知, “冷地”带电的电压正好等于输出电压的50%, 如电视机显像管的高压阳极需要大约30 000 V的高压, 真正的零电位是在高压滤波电容 (显像管石墨层之间的电容) 的中间, 或高压包的中间抽头处, 由此可以求出电视机中冷地与地之间的静电电压大约为15 000 V。同理, “热地”回路的“浮地”是在储能滤波电容器C5的中间, 所以正常情况下“热地”带电电压为整流输出的50%, 其峰值约为200 V。如把开关管导通或截止时产生的反电动势也叠加在其之上, 其峰峰值大约有400 V。

图2中的R3就是用来降低“冷地”与大地之间静电电压的, C8的作用是降低冷、热地之间的动态电阻。一般数字电路IC的耐压都很低, 如果“冷地”带电的电压很高, 通过静电感应, 或人体触摸, 很容易就会把IC击穿。EMC常用标准如下:

EMC通用系列标准:IEC61000-4-X;

工业环境抗扰度通用标准:EN50082-2;

脉冲电流谐波测试标准:IEC61000-3-2;

交流电源闪烁测试标准:IEC61000-3-3。

图3中的R3就是用来降低冷地与大地之间静电电压的, C8的作用是降低冷热地之间的动态电阻。一般数字电路IC的耐压都很低, 如果“冷地”带电的电压很高, 通过静电感应, 或人体触摸, 很容易就会把IC击穿。

3 结 语

随着开关电源不断向高频化发展, 其抗干扰问题显得越发重要。在开发和设计开关电源中, 如何有效抑制开关电源的电磁干扰, 同时提高开关电源本身对电磁干扰的抗干扰能力是一个重要课题。在抗干扰设计时, 几种抗干扰措施既相互独立又相互联系, 必须同时采用多种措施才能达到良好的抗干扰效果。

摘要：电磁兼容设计实际上是针对电子产品中产生的电磁干扰进行优化设计, 使之能成为符合各国或地区电磁兼容性的标准产品。开关电源电路和数字电路中的时钟电路是目前电子产品中最主要的电磁干扰源, 它们是电磁兼容设计的主要内容。在此以一个开关电源的电磁兼容设计过程为例进行电磁兼容性分析。

关键词：EMC标准,电磁兼容性,电磁干扰,时钟电路

参考文献

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液晶显示器基板电磁兼容性探讨 篇9

【关键词】液晶显示器基板；电磁兼容；电磁屏蔽技术；滤波技术

1.液晶显示器基板的电路设计

液晶显示器基板电路设计的第一步是明确电磁干扰（EMI）源，必须找出所有可能的EMI源并明确其影响大小。首先，屏蔽所有可能的EMI源，然后依次有选择的暴露每一个潜在的干扰源，将干扰源的影响都量化出来，再采取相应的措施加以解决。消除EMI源的技术主要有：滤波、布局与布线、屏蔽、接地等技术。液晶显示器基板主要功能模块包括：液晶显示模块、电源模块、驱动模块（主要包括主驱动板和调谐器板）、视频转换模块、宽温工作电路以及按键模块。一般液晶显示模块由生产厂商在生产前已经完成EMC的测试，所以在电路设计时，主要考虑电源模块、驱动模块（主要包括主驱动板和调谐器板）、宽温工作电路、按键模块等内容。

1.1电源模块EMC设计

电源部分两大主要功能就是实现驱动液晶屏的背光以及为其他模块提供直流电源。液晶显示器的电源部分采用的都是开关电源。针对开关电源的EMC问题，在设计时应采用以下主要措施：软开关技术：开关器件开通/关断时会产生浪涌电流和尖峰电压，这是开关管产生电磁干扰及开关损耗的主要原因。软开关技术是减小开关器件损耗和改善开关器件EMC特性的重要方法。该技术主要是使开关电源中的开关管在零电压、零电流时进行开关转换从而有效地抑制电磁干扰。调制频率控制：电磁干扰是根据开关频率变化的，干扰的能量集中在离散的开关频率点上导致干扰强度大。通过将开关信号的能量调制分布在一个很宽的频带上，产生一系列离散边频带，这样就将干扰频谱展开，干扰能量分布在离散频带上，从而降低开关频率点上的电磁干扰强度。元器件布局与布线：将电源输入信号和输出信号相关联的元器件都放置在相应的端口附近，以避免因耦合路径而产生干扰。将相互关联的元器件放在一起，避免走线过长带来干扰。电源线滤波器：为满足电磁兼容的要求，在液晶显示器基板电源线上还要设计加装电源线滤波器。滤波器可以把通过电源线上传导的电磁干扰信号给予充分地抑制，或者说，它既能抑制液晶显示器基板内部产生的电磁干扰外泄，同时又能抑制外界的干扰。屏蔽：电源部分的屏蔽尤其重要，如果电源部分的屏蔽不好，则会造成大的传导干扰。并且由于电源的发热很厉害，所以设计电源屏蔽罩一定要注意到散热的问题。另外还要尽量避免信号线平行走线。如果无法避免，尽量加大线间距。或者在中间加一根地线，以减少相互之间的干扰。

1.2驱动模块EMC设计

液晶显示器的主驱动板主要包括：模拟信号部分，数字电路部分，DC-DC电源部分。元器件布局与布线：在布局上，要把模拟信号部分，数字电路部分，DC-DC电源部分这三部分合理地分开，使相互间的信号耦合为最小。而在器件布设方面，还是遵从相互有关的器件尽量靠近的原则，这样可以获得较好的降低干扰效果。接地：在印制板上，电源线和地线最重要。让模拟电路和数字电路分别拥有自己的电源和地线通路。克服电磁干扰，最主要的手段就是接地。在液晶显示器的驱动板上，主要将电源部分（DC-DC）的地和其它如解码和主芯片处理的部分的地分开，以减少电源地对图像显示的干扰。晶振：数字电路中的时钟电路是目前电子产品中主要的电磁干扰源之一，是EMC设计的主要内容。晶振的两个脚都要加RC滤波电路.同时一定要将晶振的金属外壳与印制板上的地连接起来。另外，晶振与芯片引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，放置一个局部地平面并且通过多个过孔与地线连接。电容去耦：利用电容去耦来降低电磁干扰。典型的去耦电容值是0.1μF。所以对于20MHz以上的噪声，采用0.01μF的电容去耦。铁氧体磁环滤波：在主板上的所有信号输入端都加入磁环滤波。磁环专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。它扮演高频电阻的角色，即将高频衰减掉。该器件允许直流信号通过，而滤除交流信号。

2.液晶显示器基板的结构设计

液晶显示器基板外壳的结构设计，很大程度地决定了显示器电磁兼容性。一般来说，加固液晶显示模块的电磁兼容性较好，因此，液晶显示器的电磁兼容结构设计首要是控制其内部的电磁辐射，该部分电磁辐射主要来自光学器件，电源、印制板上的干扰会通过显示窗口向外电磁辐射。采用外壳屏蔽和缝隙屏蔽结合的方式可以实现对EMI的抑制。实现EMI屏蔽的有效方法是：首先从电源及信号源头处降低干扰；通过屏蔽、铝箔或接地将能够产生干扰的电路隔离；同时增强敏感电路的抗干扰能力等。采取密封电磁屏蔽技术，在壳体结构上形成电磁封闭，使得外壳各部分之间具有良好的电磁接触，以保证电磁的连续性，保证壳体无泄漏状态，提高壳体的屏蔽效能。处理好通风孔、接缝、插槽、空间走线、散热器接地等。外壳上的面板、前壳、中壳及后盖等部分相互搭接处存在着接触缝隙，这里把缝隙看成是电阻或者电容。壳体的连接部分也可以用导电性能良好的材料来屏蔽，需拆卸的部位可以用导电橡胶条压紧来保证电磁连续性，永久连接处可以采用连续焊接接缝。液晶显示器基板壳体屏蔽设计的另一个难点，在于设计和制造过程中不可避免会有孔隙，比如面板连线、穿越线缆、指示灯、液晶屏显示窗口等都需要在屏蔽壳体上打孔，从而产生孔隙泄漏，大大降低了屏蔽效能。对于液晶显示器的窗口采用镀透明ITO导电膜玻璃或夹金属丝网的屏蔽玻璃。

3.结语

液晶显示器基板因应用范围较广，其所处的电磁环境具有随机性、多样性特点，所以在设计时，需要将功能设计与电磁兼容性设计及其它环境适应性设计结合起来，以提高设备的可靠性。通过采用上述电磁兼容设计方法，某型液晶显示器基板顺利通过了EMC测试，并未今后类似的设计提供了参考。

【参考文献】

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系统级电磁兼容性设计研究 篇10

众所周知, 电磁兼容学是近年来发展起来的一门新兴科学。它主要研究的是如何使在同一电磁环境下工作的各种电气电子系统、分系统、设备和元器件都能正常工作, 互不干扰, 达到兼容状态。从某种程度上也可以说成是研究干扰与抗干扰的问题。而随着电磁兼容技术不断的发展, 研究和分析电磁兼容性的方法也逐步得到提高和完善, 按其发展过程, 通常分为三种方法:问题解决法、规范法和系统综合法。

问题解决法是解决电磁兼容问题的早期方法, 首先按常规设计建立系统, 然后再对实验中出现的电磁兼容问题予以解决。由于系统已安装完工, 要解决电磁兼容问题比较困难, 为了解决问题可能要进行大量的拆卸, 甚至要重新设计, 对于大规模集成电路要严重地破坏其版图。因此问题解决法是一种非常冒险的方法, 而且这种头疼医头, 脚疼医脚的方法是不可能从根本上解决电磁兼容问题的。这种方法在设计阶段节省了电磁兼容设计所增加的成本, 但在成品的最后阶段解决电磁兼容问题不仅困难大, 而且成本高。所以这种方法只适合比较简单的设备。

规范法是比问题解决法较为合理的一种方法, 该方法是按照现行电磁兼容标准所规定的极限值来进行计算, 使组成系统的每个分系统均符合所规定的标准, 并按标准所规定的实验设备和实验方法核实它们与标准所规定的极限值的一致性。该方法可在系统实验前对系统的电磁兼容提供一些预见性。但该方法也存在可能引起过储备的设计, 或谋求解决的问题不一定真实存在的问题, 从而影响系统本身的性能指标, 又增大本身不存在的设计成本。

系统综合法是最近几年兴起的一种先进的电磁兼容设计方法, 它集中了电磁兼容方面的研究成就, 根据电磁兼容的要求给出最佳工程设计的方法。系统综合法从设计开始就预测和分析电磁兼容性, 并在系统设计、制造、组装和实验过程中不断对其电磁兼容性进行预测和分析。由于在设计阶段采取电磁兼容措施, 因此可以采取电路与结构相结合的技术措施。这种方法通常在正式产品完成之前就解决90%的电磁兼容问题。

下面结合某型飞机机载通信设备的设计为例, 讨论一下如何用系统综合法的思路进行机载设备整机的电磁兼容设计。

1 首先要明确电磁兼容设计的目的

对于新研制的机载通信设备, 从一开始首先要明确其使用环境和将要通过的电磁兼容性指标, 这是综合权衡电磁兼容性与功能特性设计的起点, 再此基础上同时考虑研制周期和经费需求, 确定整机系统总体设计的电磁兼容性的控制等级和控制方案。一般来说, 是依据电磁兼容标准规范, 以设计为重点, 以电磁兼容试验为保障, 来保证电磁兼容性设计的有效性, 同时在制定研制计划时要充分意识到系统电磁兼容性设计工作将贯穿于系统研制的全过程。

2 整机系统的电磁兼容分析和沟通

首先, 整机系统设计师在设计时要充分理解其各分系统主要功能及关联性, 这样才能对其进行合理的电磁兼容分析, 例如该新型飞机机载通信设备, 其系统主要由供电分系统, 信号处理与控制分系统, 接收分系统和发射分系统组成, 分析各个预期的电磁环境, 根据功能和性能的要求规定安装的位置和线缆的走向, 对于可以调整位置的模块, 要充分利用空间隔离, 使其远离干扰源;像高灵敏度的接受机不但要做好屏蔽工作, 还要使其远离大功率发射机。另外, 对于各个分系统安装位置的地电位可能产生的干扰也要早期控制, 像信号处理与控制分系统一般大都是数字电路, 而接收机和发射机一般大都是模拟电路, 所以数字电路的信号地, 摸拟电路的地电位和供电模块的安全地三者的规划必须引起高度重视, 选用适合的接地方法尽量避免因为地电流而引起的干扰。

其次就是整机各个分系统之间设计的匹配性与合理性, 例如频谱的使用率, 分系统之间的隔离措施, 接口设计, 互联电缆之间的电磁干扰以及系统与外部设备的连接控制等, 都需要综合考虑。这里要着重强调频谱的使用率, 电磁波频谱是有限的, 但不是消耗性的, 因为它在各频段的传播特性是不同的, 如果不充分和合理地使用, 不但会造成本身利用率的下降, 还会干扰和影响其他分系统正常工作, 因此, 频谱的使用率是否合理在电磁兼容的设计中是相当重要的一项内容。

再次就是分析各种干扰源的特性和技术参数, 确定干扰的源头, 干扰的路径以及其耦合的方式, 然后再确定采用的控制方案和各种抑制干扰的措施。一般来说, 电源线传导发射与辐射, 信号线传导发射与辐射, 大功率发射机的谐波带来的辐射, 空间耦合, 地线耦合是主要的干扰途径。而新型设备中其使用的开关电源, 高性能的DSP数字处理器, 高增益的微波放大器等为干扰产生比较集中的地方, 由于这些问题所引起的异常工作需要特别关注, 设计时需要全面考虑。

3 整机电磁兼容性设计的系统性和综合性

电磁兼容本身就是一门综合性科学, 而用系统综合法的思路从设计开始就预测和分析了整机及其各模块的电磁兼容性。可以这么认为, 电磁兼容是设计出来的。因为单个元件的电磁兼容控制技术已经比较成熟 , 并且被广泛的应用, 而目前问题比较多的是缺乏系统综合设计, 这样就出现了单个元件满足要求, 而系统联起来后不满足要求;或者无限扩大化的采用电磁兼容控制措施, 造成成本的成倍上涨, 经验表明, 对于复杂系统而言, 只有进行系统级的综合设计, 才有可能达到满意效果及合理的费效比。可以从以下方面综合考虑。

3.1 设计约束

电磁兼容设计约束的优先级并不比设计中的其他方面高, 然而一些电磁兼容约束必须要尽可能清晰的同设计师系统和设计者沟通。如电源去耦, 路径分离, 衬垫使用, 壳体结构等。

3.2 机械结构设计

从电磁兼容的观点来考虑机械设计方面的事项是相当重要的。

首先设计壳体结构时就必须知道它的屏蔽效能, 这样有助于其他区域的设计, 这也会在很大程度上决定电磁兼容措施的应用等级。如果需要在各模块接触面使用衬垫, 那么设计者需要保证在应用中具有最佳的屏蔽效能, 考虑交界面, 材料, 压缩和接触面区域等。

其次要从电磁兼容的观点来考虑系统的分割, 将噪声较大的电缆分离出来, 电缆的分离对耦合路径和电磁干扰性能有很大的影响, 电缆的选择包括是否需要屏蔽、双绞等;在电路设计中根据电路功能和噪声电平的不同分离电路, 例如模拟电路, 数字电路, 电源电路都是要尽可能在物理上分离开来。

再次要注意系统布局, 减少空间耦合。高灵敏度设备远离产生大功率干扰的设备, 充分利用空间衰减特性;高灵敏设备与产生大功率干扰的设备利用结构进行屏蔽。

3.3 提高电源供电质量

必要的精化设置电网, 实行分网供电, 减少电源的传导耦合, 加强电网的控制, 合理使用电源, 这样可以有效的控制电源干扰;加强电源滤波, 控制传导干扰, 一般情况一个系统是统一供电的, 那么在什么地方滤波, 采用何种方式滤波, 几级滤波需要综合考虑。

3.4 地线网络和接地设计

在整个系统中要保证一致接地的方针, 统一设计合理采用各种接地方式, 考虑潜在的地环路和静电放电路径, 有利于增加系统的抗干扰性;系统一定要进行综合网络的设计, 尽可能设置电源地, 信号地;尽可能减小地电阻, 要特别注重接地点的防松动, 防氧化功能的设计;高灵敏设备的接地点要远离大功率设备的接地点, 消除地电流耦合。

3.5 可制造性

在设计之初应该充分考虑产品的可制造和可控制性, 必须保证设计中的电磁兼容控制措施易于操作, 可制造且成本较低。

摘要：随着电子技术在航天飞行器、飞机、舰艇中的广泛应用, 系统整机的电磁兼容性设计已经成为一个不可回避的课题, 对目前整机系统的电磁兼容性设计提出了设计思路。

关键词：电磁兼容性,系统,综合

参考文献

[1]何宏主编, 秦会斌主审.电磁兼容原理与技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2008, (7) .