通常,對(duì)EUT的傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試按 GB/T 17626.6— 2008《射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度》進(jìn)行。該標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于設(shè)備對(duì)來自9 kHz~80 MHz 頻率范圍內(nèi)射頻電磁騷擾的傳導(dǎo)抗擾度要求。實(shí)際試驗(yàn)頻率范圍為 150 kHz- 80 MHz。當(dāng)EUT尺寸較小時(shí),上限頻率可擴(kuò)展到230 MHz(此時(shí)輻射抗擾度測(cè)試頻率下限相應(yīng)調(diào)整為230 MHz)。試驗(yàn)一般在屏蔽室中進(jìn)行,射頻傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試儀布置如圖1所示。
ES-608 射頻傳導(dǎo)干擾模擬測(cè)試系統(tǒng)
容測(cè)電子自主研發(fā)的ES-608 射頻傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試系統(tǒng)有非常高效的注入效率,耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)、電磁鉗、電流鉗法均支持10V測(cè)試要求,一體化設(shè)計(jì),內(nèi)置功率放大器、信號(hào)源、功率計(jì)、定向耦合器、6dB衰減器。
在傳導(dǎo)抗擾度(CS)測(cè)試中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)測(cè)試失敗的情況。找出測(cè)試失敗的原因是使 EUT測(cè)試合格的關(guān)鍵,由此測(cè)試失敗原因的判定和問題定位就尤為重要。
傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)失敗原因分析
當(dāng)傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試失敗時(shí),我們可以按照射頻干擾(RFI)進(jìn)入設(shè)備的途徑和位置,找出導(dǎo)致傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試失敗的敏感點(diǎn),從而有針對(duì)性地采取補(bǔ)救措施。
射頻干擾(RFI)傳輸途徑
GB/T 17626中規(guī)定測(cè)試干擾注入方法有:
①耦合/法網(wǎng)絡(luò)注入
常用于電源線抗擾度試驗(yàn),當(dāng)信號(hào)線數(shù)目較少時(shí)也常采用;
②鉗(電流鉗和電磁耦合鉗)注入
特別適用于多芯電纜試驗(yàn);
③直接注入
適用于同軸電纜的干擾注入。
耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)注入時(shí),干擾信號(hào)通過電阻或電容直接注入到被測(cè)電纜上;電流鉗注入時(shí),干擾信號(hào)通過電流鉗感性耦合注入到被測(cè)電纜上;電磁鉗注入時(shí),干擾信號(hào)通過電磁鉗感性和容性耦合注入到被測(cè)電纜上;直接注入時(shí),干擾信號(hào)通過電阻注入到被測(cè)電纜的屏蔽層上。對(duì)于屏蔽電纜和同軸電纜,干擾只注入到屏蔽層;對(duì)于非屏蔽電纜,干擾注入到電纜中每一根芯線上。從而,根據(jù)不同的測(cè)試方法,RFI可經(jīng)過多種路徑進(jìn)入EUT并對(duì)內(nèi)部電路形成干擾,如圖2所示。
在規(guī)定的測(cè)試頻段內(nèi)不同頻率騷擾信號(hào)的路徑如下:在 RF頻率低端(150 kHz~10 MHz),RF主要通過電纜直接進(jìn)入EUT內(nèi)部。在RFI頻率中端(10~50 MHz),沿被測(cè)電纜直接傳遞進(jìn)入EUT內(nèi)部是 RFI的主要干擾形式;被測(cè)電纜與 EUT其他部分感性和容性耦合效率已經(jīng)較高,成為不可忽略的干擾因素。在RFI頻率的高端(50~-230 MHz),沿被測(cè)電纜直接傳遞進(jìn)入EUT內(nèi)部依然是RFT主要干擾形式之一;被測(cè)電纜與 EUT其他部分之間的感性和容性耦合也成為產(chǎn)生干擾的主要因素;同時(shí),RF通過空間輻射傳遞的效率已經(jīng)較高,特別是在 80~230 MHz,RFT通過空間輻射傳遞已成為干擾的另一主要因素。
測(cè)試失敗原因的判斷和問題定位
CS測(cè)試失敗原因分析基本流程;首先觀察各電纜和相應(yīng)接口處是否采取了必要的防干擾措施,若有,應(yīng)先改進(jìn)內(nèi)部電路,只有當(dāng)該方法無法完全解決問題時(shí),再針對(duì)電纜及接口本身進(jìn)行改進(jìn);若沒有,先對(duì)被測(cè)電纜采取必要的屏蔽和濾波措施,效果不明顯時(shí),再?gòu)膬?nèi)部電路上找原因。需注意的是,CS 測(cè)試時(shí) RFI 頻率較低,對(duì)接口電纜進(jìn)行共模濾波時(shí),需在接口處加裝必要的共模濾波器,僅靠在電纜上加磁夾或磁環(huán)可能起不到明顯效果。下面詳細(xì)介紹如何根據(jù)測(cè)量結(jié)果和被測(cè)樣品的特點(diǎn)進(jìn)行問題定位。
EUT帶有單一接口電纜
(1)CS 測(cè)試時(shí)不合格在整個(gè)測(cè)試頻段均存在,應(yīng)首先檢查被測(cè)電纜是否已采取必要的屏蔽和濾波措施,若沒有,則增加相應(yīng)措施;若存在此類措施,可以判斷其措施不力,建議改進(jìn)或更換。
(2)當(dāng)測(cè)試不合格僅出現(xiàn)在測(cè)試頻率范圍的低端時(shí),首先檢查接口處的濾波,部分濾波器所使用的扼流圈電感量或接地電容的容量有限,對(duì)低頻共模干擾抑制能力不足,此時(shí),應(yīng)改進(jìn)濾波器,提高其對(duì)低頻于擾的共模抑制能力;其次,也應(yīng)檢查所施加的干擾是否已接近被測(cè)端口正常信號(hào)的工作頻率,若是,應(yīng)確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)是否對(duì)該頻段有相應(yīng)放寬措施,以免發(fā)生誤判。
(3)當(dāng)測(cè)試不合格僅出現(xiàn)在測(cè)試頻率范圍的高端時(shí)。首先應(yīng)檢查被測(cè)電纜在高頻段的屏蔽和濾波器的濾波特性是否良好,可通過更換性能良好的電纜和濾波器來判斷,若確認(rèn)電纜和濾波在高頻段性能不足,應(yīng)有針對(duì)性地加以改進(jìn);其次,若 EUT為非屏蔽外殼,可將 EUT放在屏蔽箱體中用以檢查是否存在被測(cè)電纜與內(nèi)部電路之間的輻射和耦合,若存在,可通過對(duì) EUT局部或全部進(jìn)行屏蔽來解決。
EUT帶有多種接口電纜
(1)若每根電纜都在基本相同的頻段存在同樣的敏感性問題,則有兩種可能性:一是內(nèi)部某部分電路太敏感,非常容易受到干擾,這種可能性比較大;二是確認(rèn)內(nèi)部電路抗干擾能力不夠,接口電纜處理不當(dāng)。對(duì)于前者,需進(jìn)一步對(duì) EUT內(nèi)部敏感電路進(jìn)行定位,找到問題電路部分,有針對(duì)性地采取措施,提高其抗擾度;對(duì)于后者,需對(duì)每根電纜的屏蔽和接口的濾波性能進(jìn)行檢查,針對(duì)性能薄弱環(huán)節(jié),采取相應(yīng)措施。
(2)若部分電纜測(cè)試出現(xiàn)測(cè)試不合格,或不同電纜發(fā)生不合格頻段或現(xiàn)象不同,則基本可以判斷問題出在被測(cè)電纜及相應(yīng)接口上。此時(shí),應(yīng)根據(jù)不合格的頻率段、各被測(cè)接口電纜和接口濾波實(shí)際情況,按照前述的分析方法,找到問題源頭,采取相應(yīng)措施。有些 CS敏感問題,未必通過處理電纜就能解決。此時(shí)可能還需找到并處理內(nèi)部敏感電路。
(3)若僅個(gè)別信號(hào)線存在測(cè)試不合格,應(yīng)首先確定敏感是否發(fā)生在電纜傳輸信號(hào)的工作頻段,同時(shí)也應(yīng)確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)是否對(duì)這樣的頻段采取了相應(yīng)放寬措施及放寬的幅度和頻率范圍如何,以免發(fā)生誤判;若不是,此時(shí)應(yīng)檢查被測(cè)電纜及對(duì)應(yīng)接口的性能,并有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)。
電子產(chǎn)品通過傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)的對(duì)策
為有效解決 CS 測(cè)試出現(xiàn)的敏感性問題,主要從外部連接電纜的處理、接口濾波、內(nèi)部電路的抗擾性等幾個(gè)方面著手。
對(duì)被測(cè)電纜的處理
CS 測(cè)試時(shí),電纜是 RFI傳輸主體,對(duì)電纜進(jìn)行改進(jìn),將電纜內(nèi)共地信號(hào)傳輸改為雙線平衡雙絞線傳輸;為電纜內(nèi)公用返回線的多根信號(hào)線各配備一根返回線且信號(hào)線與返回線構(gòu)成雙絞線對(duì)。這樣,可有效減少 RFI進(jìn)入 EUT 內(nèi)部,提高 EUT抗干擾能力。
對(duì)電源電纜和低頻控制或數(shù)字信號(hào)傳輸電纜的處理
若該類電纜測(cè)試不合格,加裝濾波器可有效解決問題。若原來有濾波器,可通過改造或更換來解決。
若 EUT 內(nèi)部有微弱信號(hào)處理和放大電路,對(duì)通過接口引入的干擾可能非常敏感,被測(cè)電纜換成屏蔽電纜可能是必須的。此時(shí)應(yīng)注意屏蔽電纜的接地問題,否則效果可能適得其反。同時(shí)必須牢記∶非同軸的屏蔽電纜屏蔽層不可以當(dāng)作信號(hào)回線使用。
對(duì)中低頻敏感信號(hào)傳輸電纜的處理
若此類電纜測(cè)試不合格,可對(duì)金屬機(jī)箱或內(nèi)部加裝有金屬參考接地板的非金屬機(jī)箱。應(yīng)將非屏蔽電纜改為屏蔽電纜;若為屏蔽電纜,應(yīng)提高其屏蔽效能;電纜屏蔽層需與金屬機(jī)箱或接地平板良好連接。對(duì)其他類型機(jī)箱,可將電纜內(nèi)信號(hào)傳輸改為雙線平衡式或同軸電纜傳輸。若 EUT及其接口不通過地線傳輸信號(hào)且不接地,使用屏蔽電纜,電纜屏蔽層在 EUT端懸空并在輔助設(shè)備端接地。
無論使用哪種傳輸電纜或傳輸方式,信號(hào)電纜進(jìn)入機(jī)箱后應(yīng)在過壁處加裝共模抑制濾波器。
對(duì)高頻信號(hào)傳輸電纜的處理
若此類電纜測(cè)試不合格,可將非同軸電纜改為同軸電纜;若原為同軸電纜,應(yīng)提高其屏蔽性能;電纜屏蔽層在穿過金屬機(jī)箱時(shí)與機(jī)箱 360°環(huán)接,穿過機(jī)箱后依然用同軸電纜連接到內(nèi)部 PCB上。電纜進(jìn)入機(jī)箱后可在機(jī)箱內(nèi)靠近入口處加裝共模濾波器。
接口濾波
對(duì)CS測(cè)試,濾波器可以在電纜接口處建立一個(gè)屏障,將干擾隔離在接口外而讓有用信號(hào)無阻礙傳輸,從而可有效防止干擾通過被測(cè)電纜進(jìn)入 EUT 內(nèi)部。
電源線接口的濾波
對(duì)金屬機(jī)箱,在電纜進(jìn)入機(jī)箱接口處安裝電源濾波器。濾波器采取過壁安裝方式與金屬外殼形成一個(gè)整體,并通過外殼隔離濾波器輸入和輸出。不是所有的電源濾波器都能滿足 CS測(cè)試要求∶部分抑制頻率范圍可能只到 30 MHz;部分只是單方向的干擾抑制能力比較強(qiáng)。因此,若電源電纜 CS 測(cè)試不合格,可能需要對(duì)原有電源濾波器進(jìn)行改造,擴(kuò)展其抑制干擾頻率范圍,并提高對(duì)外部共模干擾抑制能力。
對(duì)非金屬機(jī)箱,若機(jī)箱內(nèi)可加裝參考接地金屬板,則濾波器要求與金屬機(jī)箱相同,電源濾波器安裝在該接地板上;否則,濾波器應(yīng)選擇無需接地的共模扼流圈并安裝在電源線進(jìn)入機(jī)箱處。若電源線中包括保護(hù)接地線,必要時(shí)該線也要濾波,以防止干擾通過該線傳輸。
信號(hào)和控制線接口的濾波
對(duì)信號(hào)和控制線接口可使用共模扼流圈濾波。若 EUT為金屬機(jī)箱,可在共模扼流圈的兩端安裝高頻濾波電容以構(gòu)成π形濾波器,該濾波電容的大小應(yīng)以不影響信號(hào)的正常傳輸為限。若接口處原來有濾波器,可通過改進(jìn)性能來提高其共模抑制特性。
同軸線接口的濾波
同軸電纜進(jìn)入機(jī)箱后可在機(jī)箱內(nèi)入口處加裝共模扼流圈(通過同軸電纜在磁環(huán)上并繞 10~15 圈獲得),若單個(gè)扼流圈對(duì)共模干擾衰減不夠,可加裝多個(gè)扼流圈以拓展其抑制頻率范圍,并提高共模衰減值。
提高 EUT 內(nèi)部電路的抗擾性
僅通過以上措施可能無法完全解決 CS問題,此時(shí)需要提高 EUT 內(nèi)部電路抗擾性。
EUT內(nèi)部互連電纜的處理
進(jìn)出 PCB的較長(zhǎng)連接線應(yīng)在 PCB接口處濾波;高頻信號(hào)傳輸應(yīng)采用同軸電纜;敏感小信號(hào)傳輸應(yīng)使用屏蔽電纜;對(duì)非屏蔽的數(shù)字/控制傳輸電纜應(yīng)使輸出線和返回線兩兩雙絞;對(duì)扁平電纜盡量在每根信號(hào)線旁邊配一根地線并兩兩雙絞,條件不允許時(shí),至少應(yīng)為每?jī)筛盘?hào)線配一根地線;電纜走線盡量緊貼金屬外殼或接地平板且遠(yuǎn)離金屬外殼上的縫隙、開口;電纜在滿足連接情況下盡可能短且盡量不要相互捆扎在一起。
EUT內(nèi)部電路的處理
對(duì)模擬電路進(jìn)行 PCB 布線時(shí),在敏感信號(hào)線旁應(yīng)有地線保護(hù)并盡量縮短線長(zhǎng)度以減小敏感信號(hào)回路的環(huán)路面積。對(duì)敏感信號(hào)采用平衡方式傳輸。對(duì)一般小信號(hào)放大器應(yīng)盡可能增大放大器的線性動(dòng)態(tài)范圍,減少非線性失真;對(duì) PCB引出的模擬信號(hào)傳輸端口建議進(jìn)行數(shù)字化或變壓器隔離。對(duì)直流放大器,建議采用斬波穩(wěn)零放大器。應(yīng)設(shè)計(jì)和選用自身抗干擾能力強(qiáng)的電子線路 (包括集成電路)作為設(shè)備的單元電路。
對(duì)數(shù)字電路的 IC,所有未使用的輸入端口應(yīng)與地或電源連接,不可懸空;對(duì)輸入信號(hào),電平觸發(fā)比邊沿觸發(fā)抗干擾能力強(qiáng)得多;對(duì)智能芯片,在軟件中加入抗干擾指令并采用看門狗電路是必要的;與外部連接的接口,帶選通功能的接口芯片比不帶選通功能的具有更強(qiáng)的抗干擾能力;盡量使用大規(guī)模 IC.這樣可以獲得較小的信號(hào)傳輸環(huán)路面積,提高了其抗擾性;對(duì) PCB 引出的數(shù)字信號(hào)建議采用光耦隔離,變壓器隔離或直接用光纖傳輸。
PCB輸入輸出接口(V/O)上使用獨(dú)立的"地",該"地"與 PCB上的其他部分"地"僅通過一點(diǎn)連接,是專門為接口濾波和屏蔽層提供的"干凈"地;在 VO 區(qū)域?qū)?quot;干凈"地與機(jī)殼以非常低的阻抗連接起來;將所有 VO電纜集中在 PCB設(shè)定的 IO區(qū)域;I/O接口驅(qū)動(dòng)電路要靠近 I/O連接器;對(duì)所有 I/O接口進(jìn)行共模濾波;PCB上的 LO濾波器應(yīng)安裝在驅(qū)動(dòng)電路和I/O 連接器之間并盡量靠近 I/O 連接器。
其他處理措施
對(duì) EUT 內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)布局包括對(duì)總體布局的檢驗(yàn)、電纜布線和分配、孔縫的位置檢驗(yàn)和印制板布局方位的檢驗(yàn)等。應(yīng)使機(jī)箱上的縫隙或孔洞盡量遠(yuǎn)離敏感電路;不要有任何金屬物體直接穿過金屬屏蔽機(jī)箱;輸出與輸入端口妥善分隔,敏感電路和帶干擾信號(hào)電路盡可能遠(yuǎn)離。
接地是抑制噪聲和防止干擾的重要措施之一。設(shè)計(jì)中應(yīng)周密設(shè)計(jì)地線系統(tǒng),并結(jié)合使用濾波和屏蔽等措施來有效提高設(shè)備的抗干擾能力。
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