航空電子應(yīng)用中通信接口的防雷保護(hù)

作者：Richard Anslow

簡介

噴氣客機(jī)遭受雷擊是常見現(xiàn)象，大約每1000飛行小時(shí)就會(huì)發(fā)生一次。DO-160G標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)載設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)程序》是航空電子硬件的環(huán)境測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。許多飛機(jī)制造商將DO-160G第22節(jié)“雷擊感應(yīng)瞬態(tài)敏感性”指定為關(guān)鍵系統(tǒng)（如導(dǎo)航、雷達(dá)、通信、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、熱和空氣控制等）的要求。飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼和機(jī)尾飛行控制系統(tǒng)、翼尖、尾翼頂端、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和起落架是最有可能被雷電擊中的區(qū)域。

魯棒的通信端口

現(xiàn)代航空器采用電傳操縱系統(tǒng)進(jìn)行飛行控制。電傳操縱意味著飛控計(jì)算機(jī)輸入或飛行員手動(dòng)輸入以電氣方式傳輸?shù)娇刂骑w控執(zhí)行器的伺服電機(jī)。這些飛控系統(tǒng)的通信接口可以在RS-485物理層上實(shí)現(xiàn)。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)管理控制的通信接口也可以利用RS-485物理層實(shí)現(xiàn)。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝的全權(quán)數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)控制（FADEC）系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控溫度、壓力、燃油流量及其他參數(shù)。

本應(yīng)用筆記介紹ADI公司用于軍事及航空航天（MILA）電子設(shè)備的魯棒RS-485收發(fā)器。ADM2795E-EP是一款3 V到5.5 V RS-485收發(fā)器，具有增強(qiáng)的魯棒性，適用于傳感器、飛控執(zhí)行器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制，在MILA航空電子等惡劣應(yīng)用環(huán)境中工作時(shí)可減少系統(tǒng)故障。

環(huán)境要求

雷電的間接影響

DO-160G第22節(jié)防雷標(biāo)準(zhǔn)模擬了直接雷擊浪涌通過飛機(jī)機(jī)身產(chǎn)生的磁場(chǎng)在航空電子設(shè)備中引起的瞬態(tài)電壓和電流。

表1顯示對(duì)于波形3和波形4/波形1，商業(yè)飛機(jī)通常需要DO-160G第22節(jié)的1級(jí)到4級(jí)防雷保護(hù)。飛機(jī)設(shè)備劃分為三類區(qū)域，每類區(qū)域都有相關(guān)的電磁兼容性（EMC）環(huán)境。最惡劣的EMC環(huán)境位于A類和B類區(qū)域，這是飛機(jī)中無環(huán)境控制的區(qū)域。

飛控電子設(shè)備位于A類和B類區(qū)域。這些區(qū)域的EMC環(huán)境惡劣，要求達(dá)到DO-160G第22節(jié)防雷級(jí)別3或級(jí)別4。

MILA環(huán)境的可靠性

ADI公司提供豐富的增強(qiáng)產(chǎn)品（EP）系列以支持軍事、航空航天和防務(wù)應(yīng)用。ADM2795E-EP是一款3 V到5.5 V RS-485收發(fā)器，具有增強(qiáng)的魯棒性，適用于傳感器、飛控執(zhí)行器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制，在MILA航空電子等惡劣應(yīng)用環(huán)境中工作時(shí)可減少系統(tǒng)故障。ADM2795E-EP具有如下重要特性：

?支持防務(wù)和航空航天應(yīng)用（AQEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證）。

?工作溫度范圍：-55℃至+125℃。

?引線框：為減輕錫須問題，ADM2795E-EP采用鎳/鈀/金（NiPdAu）引線框表面處理。

?生產(chǎn)：通過單處理流程基線制造的增強(qiáng)產(chǎn)品。

表1.DO-160G第22節(jié)針對(duì)商業(yè)飛機(jī)的典型防雷要求

具有增強(qiáng)DO-160G EMC魯棒性的RS-485

ADM2795E-EP在RS-485總線引腳上集成了經(jīng)過全面認(rèn)證的DO-160G EMC保護(hù)，可提供第22節(jié)所述的防雷保護(hù)。ADM2795E-EP還提供第25節(jié)所述的±15 kV靜電放電（ESD）氣隙放電保護(hù)。對(duì)于第22節(jié)的防雷要求，ADM2795E-EP可防范波形3、波形4/波形1和波形5A：對(duì)GND2的測(cè)試，使用33 Ω或47 Ω限流電阻時(shí)可達(dá)到4級(jí)要求；對(duì)GND1的測(cè)試，隔離柵上可達(dá)到4級(jí)要求。

經(jīng)認(rèn)證的DO-160G EMC保護(hù)

表2詳細(xì)列出了開路電壓（VOC）和短路電流（ISC），這是DO-160G第22節(jié)雷擊感應(yīng)瞬態(tài)敏感性標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)引腳注入測(cè)試的波形3、波形4/波形1和波形5A的規(guī)定。DO-160G 4級(jí)測(cè)試的峰值電流遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)浪涌IEC 61000-4-5峰值電流。DO-160G標(biāo)準(zhǔn)的波形形狀和上升/下降時(shí)間顯著長于IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，如圖2所示。DO-160G第22節(jié)防雷標(biāo)準(zhǔn)涉及的能量非常高，所以ADM2795E-EP使用了外部33 Ω或47 Ω的A引腳和B引腳總線限流電阻來進(jìn)行相對(duì)于GND2的測(cè)試。除了ADM2795E-EP集成EMC保護(hù)電路以外，還需要這些電阻。但是，當(dāng)相對(duì)于GND1進(jìn)行測(cè)試時(shí)，無需限流電阻。ADM2795E-EP iCoupler隔離技術(shù)保護(hù)器件免受這些極端瞬變影響。

圖2.DO-160G第22節(jié)波形1和波形5A及IEC61000-4-5浪涌波形

DO-160G ADM2795E-EP測(cè)試詳情

對(duì)于RS-485總線側(cè)（GND2）測(cè)試，A和B總線引腳上均額外增加一個(gè)33 ?或47 Ω限流電阻。DO-160G第22節(jié)測(cè)試一次在一個(gè)引腳上執(zhí)行；測(cè)試不是在共模下進(jìn)行。表3和表4是ADM2795E-EP認(rèn)證測(cè)試結(jié)果摘要。