航空電子應用中通信介面的防雷保護

作者：Richard Anslow ADI公司產品應用工程師

噴氣客機遭受雷擊是常見現象，大約每1000飛行小時就會發生一次。DO-160G標準《機載設備的環境條件和試驗程序》是航空電子硬體的環境測試標準。許多飛機製造商將DO-160G第22節「雷擊感應瞬態敏感性」指定為關鍵系統(如導航、雷達、通信、發動機控制、熱和空氣控制等)的要求。飛機機身、機翼和機尾飛行控制系統、翼尖、尾翼頂端、發動機艙和起落架是最有可能被雷電擊中的區域。

1 魯棒的通信埠

現代航空器採用電傳操縱系統進行飛行控制。電傳操縱意味著飛控計算機輸入或飛行員手動輸入以電氣方式傳輸到控制飛控執行器的伺服電機。這些飛控系統的通信介面可以在RS-485物理層上實現。飛機發動機管理控制的通信介面也可以利用RS-485物理層實現。飛機發動機上安裝的全權數字式發動機控制(FADEC)系統負責監控溫度、壓力、燃油流量及其他參數。

本文介紹了ADI公司用于軍事及航空航天(MILA)電子設備的魯棒RS-485收發器。ADM2795E-EP是一款3 V到5.5 V RS-485收發器，具有增強的魯棒性，適用於感測器、飛控執行器和發動機控制，在MILA航空電子等惡劣應用環境中工作時可減少系統故障。

圖1 商業飛機上易受雷擊的位置和系統組件之間的通信介面

2 環境要求

2.1 雷電的間接影響

DO-160G第22節防雷標準模擬了直接雷擊浪涌通過飛機機身產生的磁場在航空電子設備中引起的瞬態電壓和電流。

表1顯示了對於波形3和波形4/波形1，商業飛機通常需要DO-160G第22節的1級到4級防雷保護。飛機設備劃分為三類區域，每類區域都有相關的電磁兼容性(EMC)環境。最惡劣的EMC環境位於A類和B類區域，這是飛機中無環境控制的區域。

飛控電子設備位於A類和B類區域。這些區域的EMC環境惡劣，要求達到DO-160G第22節防雷級別3或級別4。

2.2 MILA環境的可靠性

ADI公司提供豐富的增強產品(EP)系列以支持軍事、航空航天和防務應用。ADM2795E-EP是一款3 V到5.5 V RS-485收發器，具有增強的魯棒性，適用於感測器、飛控執行器和發動機控制，在MILA航空電子等惡劣應用環境中工作時可減少系統故障。ADM2795E-EP具有如下重要特性：

? 支持防務和航空航天應用(AQEC標準認證);

? 工作溫度範圍：-55℃至+125℃;

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

? 生產：通過單處理流程基線製造的增強產品。

表1 DO-160G第22節針對商業飛機的典型防雷要求

3 具有增強DO-160G EMC魯棒性的RS-485

ADM2795E-EP在RS-485匯流排引腳上集成了經過全面認證的DO-160G EMC保護，可提供第22節所述的防雷保護。ADM2795E-EP還提供第25節所述的±15 kV靜電放電(ESD)氣隙放電保護。對於第22節的防雷要求，ADM2795E-EP可防範波形3、波形4/波形1和波形5A：對GND2的測試，使用33 Ω或47 Ω限流電阻時可達到4級要求;對GND1的測試，隔離柵上可達到4級要求。

4 經認證的DO-160G EMC保護

表2詳細列出了開路電壓(VOC)和短路電流(ISC)，這是DO-160G第22節雷擊感應瞬態敏感性標準針對引腳註入測試的波形3、波形4/波形1和波形5A的規定。DO-160G 4級測試的峰值電流遠大於標準工業浪涌IEC 61000-4-5峰值電流。DO-160G標準的波形形狀和上升/下降時間顯著長於IEC 61000-4-5標準的相關規定，如圖2所示。DO-160G第22節防雷標準涉及的能量非常高，所以ADM2795E-EP使用了外部33 Ω或47 Ω的A引腳和B引腳匯流排限流電阻來進行相對於GND2的測試。除了ADM2795E-EP集成EMC保護電路以外，還需要這些電阻。但是，當相對於GND1進行測試時，無需限流電阻。ADM2795E-EP iCoupler隔離技術保護器件免受這些極端瞬變影響。

圖2 DO-160G第22節波形1和波形5A及IEC61000-4-5浪涌波形

5 DO-160G ADM2795E-EP測試詳情

對於RS-485匯流排側(GND2)測試，A和B匯流排引腳上均額外增加一個33 ?或47 Ω限流電阻。DO-160G第22節測試一次在一個引腳上執行;測試不是在共模下進行。表3和表4是ADM2795E-EP認證測試結果摘要。

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