目前,市面上的串行通信板卡往往集成幾種串行通信方式于一身,在高速情況下帶來了不同通信方式之間的相互串?dāng)_以及外部干擾問題,這就對該板卡的電磁兼容性提出了更高的要求。該文通過實(shí)際需求設(shè)計(jì)了一種集成RS-232/RS-422/RS-485的多路串行通信板卡,在不改變該板卡電氣性能的情況下,采用電磁屏蔽的方式,提出了一種新的設(shè)計(jì)方法,出色地完成了對多協(xié)議串行通信板卡的電磁兼容設(shè)計(jì)工作。
【部分圖文】：

SLX45完成，F(xiàn)PGA通過PCI9030與上位機(jī)控制程序完成通信。PCI9030將復(fù)雜的PCI總線轉(zhuǎn)換為簡單的Localbus總線[2]，F(xiàn)PGA通過對Localbus的讀寫完成與上位機(jī)的通信。由于FPGA芯片的管腳電平一般為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，與RS-232、RS-422和RS-485串行協(xié)議的輸入電壓的電平不符，故還需要相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。同時(shí)，為了使8路串行通道能夠兼容多種串行接口標(biāo)準(zhǔn)，每路通道需要有一款通道轉(zhuǎn)換芯片完成RS-232/RS-422/RS-485協(xié)議的電路轉(zhuǎn)換工作，F(xiàn)PGA通過對通道轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行控制從而配置每路通道所支持的通信協(xié)議[3]。圖1是多協(xié)議串行通信卡的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖1多協(xié)議串行通信卡硬件結(jié)構(gòu)圖收稿日期：2016-11-05作者簡介：王劍博（1988—），男，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)載計(jì)算機(jī)技術(shù)及嵌入式系統(tǒng)。E-mail:jslt@dnzs.net.cnhttp://www.dnzs.net.cnTel:+86-551-6569096365690964ISSN1009-3044電腦知識Vol.12,No.35,December201652DOI:10.14004/j.cnki.ckt.2016.4918

網(wǎng)絡(luò)通訊及安全ComputerKnowledgeandTechnology電腦知識第12卷第35期(2016年12月)圖2雙層屏蔽原理3.3.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)以上分析，多協(xié)議串行通信卡的屏蔽腔采用雙層復(fù)合金屬材料，由雙層金屬腔壁和雙層金屬蓋構(gòu)成，見圖3。屏蔽腔底部與印制板銅箔通過螺釘連接，為了補(bǔ)償接縫在壓緊時(shí)所出現(xiàn)的不均勻性，接觸面間安裝導(dǎo)電襯墊。屏蔽腔的外層金屬為銅，內(nèi)層為冷軋鋼材料。雙層金屬采用結(jié)構(gòu)膠粘接。相應(yīng)地，在印制板上依據(jù)屏蔽腔的區(qū)域劃分，敷設(shè)導(dǎo)電接地層，見圖4，網(wǎng)紋填充區(qū)域即為接地層。在設(shè)計(jì)過程中屏蔽艙的蓋板要距離板上電路5～10h以上，腔體壁要距離板上電路的邊緣3h以上，這樣是為了避免屏蔽腔體的導(dǎo)電壁對板上電路電場的擾動(dòng)。當(dāng)電路工作頻率接近屏蔽腔的諧振頻率時(shí)，有部分能量被吸收，可能發(fā)生衰減尖峰，影響電路的正常工作。因此在設(shè)計(jì)屏蔽腔尺寸時(shí)，為避免此種情況發(fā)生，讓屏蔽腔體的諧振頻率避開電路的工作頻率，使它們不一致。屏蔽腔體的諧振頻率與其尺寸參數(shù)的關(guān)系為公式（5）和公式（6）：lcM=λ021-è÷Nλ02ac2（5）c=11-hbè1-1ε（6）式中：λ0—諧振波長；M、N—諧振模次數(shù)；l—諧振腔體長；a—諧振腔體寬；b—諧振腔高度；h—介質(zhì)厚度（印制板厚度）；ε—介質(zhì)的相對介電常數(shù)。一般情況下M和N最大取2和3，因?yàn)楦蟮闹C振模式已很微弱。ε=4.2～4.7。圖3屏蔽腔結(jié)構(gòu)圖圖4印制板接地層多協(xié)議串行通信卡印制板厚度h=1.6mm，屏蔽腔高度b=8mm，屏蔽腔長l=200mm,兩個(gè)屏蔽腔的寬度分別為a1=40mm，a2=60mm。4結(jié)論本文在最后對經(jīng)過電磁兼容設(shè)計(jì)的多協(xié)議串行通信板卡進(jìn)行了RE102試驗(yàn)，該板卡如圖5所示，實(shí)驗(yàn)對該多協(xié)議串行通信卡分別在低頻2

網(wǎng)絡(luò)通訊及安全ComputerKnowledgeandTechnology電腦知識第12卷第35期(2016年12月)圖2雙層屏蔽原理3.3.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)以上分析，多協(xié)議串行通信卡的屏蔽腔采用雙層復(fù)合金屬材料，由雙層金屬腔壁和雙層金屬蓋構(gòu)成，見圖3。屏蔽腔底部與印制板銅箔通過螺釘連接，為了補(bǔ)償接縫在壓緊時(shí)所出現(xiàn)的不均勻性，接觸面間安裝導(dǎo)電襯墊。屏蔽腔的外層金屬為銅，內(nèi)層為冷軋鋼材料。雙層金屬采用結(jié)構(gòu)膠粘接。相應(yīng)地，在印制板上依據(jù)屏蔽腔的區(qū)域劃分，敷設(shè)導(dǎo)電接地層，見圖4，網(wǎng)紋填充區(qū)域即為接地層。在設(shè)計(jì)過程中屏蔽艙的蓋板要距離板上電路5～10h以上，腔體壁要距離板上電路的邊緣3h以上，這樣是為了避免屏蔽腔體的導(dǎo)電壁對板上電路電場的擾動(dòng)。當(dāng)電路工作頻率接近屏蔽腔的諧振頻率時(shí)，有部分能量被吸收，可能發(fā)生衰減尖峰，影響電路的正常工作。因此在設(shè)計(jì)屏蔽腔尺寸時(shí)，為避免此種情況發(fā)生，讓屏蔽腔體的諧振頻率避開電路的工作頻率，使它們不一致。屏蔽腔體的諧振頻率與其尺寸參數(shù)的關(guān)系為公式（5）和公式（6）：lcM=λ021-è÷Nλ02ac2（5）c=11-hbè1-1ε（6）式中：λ0—諧振波長；M、N—諧振模次數(shù)；l—諧振腔體長；a—諧振腔體寬；b—諧振腔高度；h—介質(zhì)厚度（印制板厚度）；ε—介質(zhì)的相對介電常數(shù)。一般情況下M和N最大取2和3，因?yàn)楦蟮闹C振模式已很微弱。ε=4.2～4.7。圖3屏蔽腔結(jié)構(gòu)圖圖4印制板接地層多協(xié)議串行通信卡印制板厚度h=1.6mm，屏蔽腔高度b=8mm，屏蔽腔長l=200mm,兩個(gè)屏蔽腔的寬度分別為a1=40mm，a2=60mm。4結(jié)論本文在最后對經(jīng)過電磁兼容設(shè)計(jì)的多協(xié)議串行通信板卡進(jìn)行了RE102試驗(yàn)，該板卡如圖5所示，實(shí)驗(yàn)對該多協(xié)議串行通信卡分別在低頻2
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