抗强电磁脉冲干扰防护电路的设计

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1、第一章绪论表1．2使哇三子元器件损坏的I【l磁脉冲能量范围电磁脉冲能量(J)损坏状况10‘7微波混频二极管烧毁i0。6扇形lC的故障或烧毁lO。5小功率晶体管或着双极性IC的故障或烧毁10-4CMOS逻辑电路、中功率晶体管、■极管以及电密器于!》!坏lO。3齐纳二极管、硅nJ．控管整流器、结型场效应管、大功率IuI体管及薄膜电阻烧毁1．2．2国内研究现状我国部分学者和专家对核电磁脉冲、超宽带电磁脉冲和高功率微波等的传播规律、产生机理、防护措施以及相关脉冲源的设计做了深入研究，并且有相关论文和著作。解放军理工大学首席教授周璧华长期

2、从事电磁脉冲及其T程防护研究，解决了我军电磁防护的一道道难题，为维护我国电磁空间安全做出了突出贡献15-8】。军械工程学院的刘尚合在超宽谱电磁脉冲对无线电引信的耦合及防护加固方面做了深入研究。1．3电磁脉冲主要防护方法的研究状况目前国内外对电磁脉冲防护思想主要是通过隔离、反射、吸收和泄放等手段，来削弱电磁脉冲能量，使其达到电子设备能够容忍的程度l¨。1．3．I国外研究现状从20世纪60年代以来，以美国、俄罗斯为首的部分发达国家就核电磁脉冲对军用和民用电子设备的威胁以及其防护技术进行了很多研究，也取得了丰硕的成剁9。111。俄罗斯

3、在其C4ISR系统的电子设备已经采取了抗电磁脉冲的相关措施，且防护技术居领先地位。美国总统特发早在1979年就发布的59号指令中，强调核电磁脉冲对美国的严重威胁，要求同防部在开发每一种武器时，必须考虑电磁脉冲防护能力。针对电磁脉冲武器的破坏机理，美军从强化自身角度出发，注重在电子系统的前期设计、制造上采取以下技术措施，加强电子设备的防护[71：1)合理配置线路和'鼓置屏蔽；3东南人学硕l：学位论文2)合理设计电缆；3)合理设计电路，当电磁脉冲的渗透朋屏蔽阻止不了时，可采取阻止电磁脉冲的感应电压、感应电流向脆弱部件传输的方法。美军

4、具体做法是制定标准，要求提供电子信息系统的供应商采JHj抑制器把过压、过流抑制在容许的范刖内，或采刖技术手段暂时使其短路；或采用适当的滤波措施等；4)合理选用部fl-．美军逐步在其重要系统【fl使用加固器件，来提高其电子信息设备的抗电磁脉冲武器攻击的防护性能；5)选用光纤材料：使用光纤系统是最近数宁通信技术发展的方向，它对电磁脉冲的防护效果很好；6)选用毫米波和光波T作方式：使用超过电磁脉冲效应涉及频带范围的毫米波和光波方式，可以实现针对电磁脉冲武器的较好防护能力。但EMP具有极宽的频段，屏蔽形状、滤波器设计或接地有一处错误就足

5、以使破坏性的EMP进入，整个系统可能被破坏甚至被摧毁，而且电磁屏蔽的防护方法造价昂贵，只在军用、国防等特殊电子系统中应用。针对现有EMP防护技术的不足，抗i亩功率电磁脉冲干扰的保护电路的研究成为目前电磁脉冲防护的主要研究方向。国外对此课题的相关研究相对较多，也有相关产品，美国等少数国家对该技术的应用也仅限于军事领域以及关系到国家信息安全的领域，并对外实施严格的技术封锁，没有对外公开的相关研究内容。国外已有的EMP防护相关产品为瑞典ExirTelecom公司的EMPP．0822系列产品以及挪威Norfo公司的BGAE．40系列产品

6、。1．3．2国内研究现状国内对电磁脉冲防护的研究还处于起步阶段，相关研究很少，目前国内电磁脉冲防护方法主要是电磁屏蔽、滤波与接地。电子科技大学的阮成礼教授对短波通信中电子设备的电磁脉冲祸合以及加固措施作了相关研究¨2‘。国内在抗电磁脉冲防护电路这一方向相关研究和产品还几乎是空白，日前公开的只有中国上程物理研究院余彦胤提出的一种应用丁．CMOS中规模集成电路的二极管结构保护电路，防护电场强度为5×104W／m，但无法防护更高功率的电磁脉冲，并且应用范围比较窄，负载电容较高，彳i适合对稳定性要求较高领域的电子系统的保护。1．4本文的

7、研究目标和主要内容l、设计要求：奉课题要求设计一种抗强电磁脉冲干扰的防护电路芯片，该芯片设计要求能够用于电子对抗系统、智能武器系统、广播卫星星载设备系统、雷达系统、移4第一章绪论动通信系统等电子设备-I-信号输入、输出端口和集成电路各端口的保护。当电子系统受到电磁脉冲武器攻击时，能够将耦合至电子设备的大电流快速泄放至地，并将箝位电压箝位到合理的值，保证电子系统不被摧毁或损坏。电路应具有较低的负载电容，以保证对被保护电路没有影响，并具有较低的漏电流和较快的开启速度。2、设汁指标：抗电场强度：>，50kV／m抗高J玉：20kV箝位电

8、压：5．15v(可调)泄放电流：≤20A负载电容：0．2pF～0．4pF开启速度：几ps1．5论文组织由上面的分析可知，本论文的主要工作是基于台湾AWSC公司的lnGaP／GaAsHBT工艺，设计一款抗强电磁脉冲干扰的防护电路芯片，其中主要内容包括：l、正向大电