基于ZYNQ MPSOC船舶数据采集仪器设计（二）EMC可靠性设计

主控板卡电路设计

主控板卡电路设计如图 3-1 所示，主要是包括主控芯片外围电路以及部分

功能电路设计。

3.5 舱室环境电磁兼容设计

船舶环境下电磁干扰复杂多变，为确保数据采集记录装置的稳定可靠运行，

在硬件设计中需要重视电磁兼容设计（EMC），本设计采取了以下 EMC 设计措

施：

（1）硬件电路电磁兼容设计:

本系统电路设计中特别注重电源质量和信号完整性：

①各电源节点均配置去耦电容滤波，采用 10μF 与 0.1μF 电容并联配置，分

别滤除低频和高频干扰，确保电源电压稳定；

②关键芯片（如 ZYNQ 处理器、ADC 芯片）电源引脚附近布置多级去耦

电容滤波。

（2）PCB 布局与走线优化

PCB 设计遵循严格的 EMC 原则：

① 按功能模块清晰划分布局，数字电路与模拟电路物理隔离；

② 数字地与模拟地分离并采用单点接地；

③ 高频电路（千兆以太网接口、DDR4 等）采用等长走线与阻抗匹配技术，

提高信号质量；

④ CAN 总线等差分信号采用严格配对走线，提高信号抗干扰能力并降低

电磁辐射。

（3）屏蔽与外壳设计

针对船舶高电磁干扰环境，采取全面屏蔽措施：

① 系统采用全金属铝合金外壳设计，厚度为 1.5mm，防止设备内部产生的

电磁干扰泄漏，同时有效屏蔽外部电磁辐射；

② 输入端 EMI 滤波器与 TVS 保护电路，防止电源线传导干扰和瞬态过电

压。

为进一步降低电磁辐射，外加铝合金机箱（480×410×100mm），配备多参

量输入接口、电源开关及网线孔，底部加装抗振基座，结构如图 3-34 所示。

3.6.2 散热设计

由于船舶舱室内可能为高温环境，为防止设备因温度过高影响功能运行，

需要对板卡中大功耗芯片进行散热处理。

散热方案：采用设计导热条的方式进行导热，并通过利用设备安装底导热

孔（13mm×13mm）进行散热，将 ZYNQ和 DC-DC电源等大功耗芯片设计安装

在板卡的外部，通过导热层与导热孔有效降低这些高热芯片的温度。散热设计

的具体示意如图 3-35 所示。

5.2 质量、体积、功耗测试

由于船载设备对质量、体积、功耗均有指标要求，为此对以上指标进行测

试，测试结果如表 5-2 所示。