通常,对EUT的传导抗扰度测试按 GB/T 17626.6— 2008《射频场感应的传导骚扰抗扰度》进行。该标准是关于设备对来自9 kHz~80 MHz 频率范围内射频电磁骚扰的传导抗扰度要求。实际试验频率范围为 150 kHz- 80 MHz。当EUT尺寸较小时,上限频率可扩展到230 MHz(此时辐射抗扰度测试频率下限相应调整为230 MHz)。试验一般在屏蔽室中进行,射频传导抗扰度测试仪布置如图1所示。
ES-608 射频传导干扰模拟测试系统
容测电子自主研发的ES-608 射频传导抗扰度测试系统有非常高效的注入效率,耦合去耦合网络、电磁钳、电流钳法均支持10V测试要求,一体化设计,内置功率放大器、信号源、功率计、定向耦合器、6dB衰减器。
在传导抗扰度(CS)测试中,有时会出现测试失败的情况。找出测试失败的原因是使 EUT测试合格的关键,由此测试失败原因的判定和问题定位就尤为重要。
传导抗扰度试验失败原因分析
当传导抗扰度测试失败时,我们可以按照射频干扰(RFI)进入设备的途径和位置,找出导致传导抗扰度测试失败的敏感点,从而有针对性地采取补救措施。
射频干扰(RFI)传输途径
GB/T 17626中规定测试干扰注入方法有:
①耦合/法网络注入
常用于电源线抗扰度试验,当信号线数目较少时也常采用;
②钳(电流钳和电磁耦合钳)注入
特别适用于多芯电缆试验;
③直接注入
适用于同轴电缆的干扰注入。
耦合/去耦网络注入时,干扰信号通过电阻或电容直接注入到被测电缆上;电流钳注入时,干扰信号通过电流钳感性耦合注入到被测电缆上;电磁钳注入时,干扰信号通过电磁钳感性和容性耦合注入到被测电缆上;直接注入时,干扰信号通过电阻注入到被测电缆的屏蔽层上。对于屏蔽电缆和同轴电缆,干扰只注入到屏蔽层;对于非屏蔽电缆,干扰注入到电缆中每一根芯线上。从而,根据不同的测试方法,RFI可经过多种路径进入EUT并对内部电路形成干扰,如图2所示。
在规定的测试频段内不同频率骚扰信号的路径如下:在 RF频率低端(150 kHz~10 MHz),RF主要通过电缆直接进入EUT内部。在RFI频率中端(10~50 MHz),沿被测电缆直接传递进入EUT内部是 RFI的主要干扰形式;被测电缆与 EUT其他部分感性和容性耦合效率已经较高,成为不可忽略的干扰因素。在RFI频率的高端(50~-230 MHz),沿被测电缆直接传递进入EUT内部依然是RFT主要干扰形式之一;被测电缆与 EUT其他部分之间的感性和容性耦合也成为产生干扰的主要因素;同时,RF通过空间辐射传递的效率已经较高,特别是在 80~230 MHz,RFT通过空间辐射传递已成为干扰的另一主要因素。
测试失败原因的判断和问题定位
CS测试失败原因分析基本流程;首先观察各电缆和相应接口处是否采取了必要的防干扰措施,若有,应先改进内部电路,只有当该方法无法完全解决问题时,再针对电缆及接口本身进行改进;若没有,先对被测电缆采取必要的屏蔽和滤波措施,效果不明显时,再从内部电路上找原因。需注意的是,CS 测试时 RFI 频率较低,对接口电缆进行共模滤波时,需在接口处加装必要的共模滤波器,仅靠在电缆上加磁夹或磁环可能起不到明显效果。下面详细介绍如何根据测量结果和被测样品的特点进行问题定位。
EUT带有单一接口电缆
(1)CS 测试时不合格在整个测试频段均存在,应首先检查被测电缆是否已采取必要的屏蔽和滤波措施,若没有,则增加相应措施;若存在此类措施,可以判断其措施不力,建议改进或更换。
(2)当测试不合格仅出现在测试频率范围的低端时,首先检查接口处的滤波,部分滤波器所使用的扼流圈电感量或接地电容的容量有限,对低频共模干扰抑制能力不足,此时,应改进滤波器,提高其对低频于扰的共模抑制能力;其次,也应检查所施加的干扰是否已接近被测端口正常信号的工作频率,若是,应确认标准是否对该频段有相应放宽措施,以免发生误判。
(3)当测试不合格仅出现在测试频率范围的高端时。首先应检查被测电缆在高频段的屏蔽和滤波器的滤波特性是否良好,可通过更换性能良好的电缆和滤波器来判断,若确认电缆和滤波在高频段性能不足,应有针对性地加以改进;其次,若 EUT为非屏蔽外壳,可将 EUT放在屏蔽箱体中用以检查是否存在被测电缆与内部电路之间的辐射和耦合,若存在,可通过对 EUT局部或全部进行屏蔽来解决。
EUT带有多种接口电缆
(1)若每根电缆都在基本相同的频段存在同样的敏感性问题,则有两种可能性:一是内部某部分电路太敏感,非常容易受到干扰,这种可能性比较大;二是确认内部电路抗干扰能力不够,接口电缆处理不当。对于前者,需进一步对 EUT内部敏感电路进行定位,找到问题电路部分,有针对性地采取措施,提高其抗扰度;对于后者,需对每根电缆的屏蔽和接口的滤波性能进行检查,针对性能薄弱环节,采取相应措施。
(2)若部分电缆测试出现测试不合格,或不同电缆发生不合格频段或现象不同,则基本可以判断问题出在被测电缆及相应接口上。此时,应根据不合格的频率段、各被测接口电缆和接口滤波实际情况,按照前述的分析方法,找到问题源头,采取相应措施。有些 CS敏感问题,未必通过处理电缆就能解决。此时可能还需找到并处理内部敏感电路。
(3)若仅个别信号线存在测试不合格,应首先确定敏感是否发生在电缆传输信号的工作频段,同时也应确认标准是否对这样的频段采取了相应放宽措施及放宽的幅度和频率范围如何,以免发生误判;若不是,此时应检查被测电缆及对应接口的性能,并有针对性地进行改进。
电子产品通过传导抗扰度试验的对策
为有效解决 CS 测试出现的敏感性问题,主要从外部连接电缆的处理、接口滤波、内部电路的抗扰性等几个方面着手。
对被测电缆的处理
CS 测试时,电缆是 RFI传输主体,对电缆进行改进,将电缆内共地信号传输改为双线平衡双绞线传输;为电缆内公用返回线的多根信号线各配备一根返回线且信号线与返回线构成双绞线对。这样,可有效减少 RFI进入 EUT 内部,提高 EUT抗干扰能力。
对电源电缆和低频控制或数字信号传输电缆的处理
若该类电缆测试不合格,加装滤波器可有效解决问题。若原来有滤波器,可通过改造或更换来解决。
若 EUT 内部有微弱信号处理和放大电路,对通过接口引入的干扰可能非常敏感,被测电缆换成屏蔽电缆可能是必须的。此时应注意屏蔽电缆的接地问题,否则效果可能适得其反。同时必须牢记∶非同轴的屏蔽电缆屏蔽层不可以当作信号回线使用。
对中低频敏感信号传输电缆的处理
若此类电缆测试不合格,可对金属机箱或内部加装有金属参考接地板的非金属机箱。应将非屏蔽电缆改为屏蔽电缆;若为屏蔽电缆,应提高其屏蔽效能;电缆屏蔽层需与金属机箱或接地平板良好连接。对其他类型机箱,可将电缆内信号传输改为双线平衡式或同轴电缆传输。若 EUT及其接口不通过地线传输信号且不接地,使用屏蔽电缆,电缆屏蔽层在 EUT端悬空并在辅助设备端接地。
无论使用哪种传输电缆或传输方式,信号电缆进入机箱后应在过壁处加装共模抑制滤波器。
对高频信号传输电缆的处理
若此类电缆测试不合格,可将非同轴电缆改为同轴电缆;若原为同轴电缆,应提高其屏蔽性能;电缆屏蔽层在穿过金属机箱时与机箱 360°环接,穿过机箱后依然用同轴电缆连接到内部 PCB上。电缆进入机箱后可在机箱内靠近入口处加装共模滤波器。
接口滤波
对CS测试,滤波器可以在电缆接口处建立一个屏障,将干扰隔离在接口外而让有用信号无阻碍传输,从而可有效防止干扰通过被测电缆进入 EUT 内部。
电源线接口的滤波
对金属机箱,在电缆进入机箱接口处安装电源滤波器。滤波器采取过壁安装方式与金属外壳形成一个整体,并通过外壳隔离滤波器输入和输出。不是所有的电源滤波器都能满足 CS测试要求∶部分抑制频率范围可能只到 30 MHz;部分只是单方向的干扰抑制能力比较强。因此,若电源电缆 CS 测试不合格,可能需要对原有电源滤波器进行改造,扩展其抑制干扰频率范围,并提高对外部共模干扰抑制能力。
对非金属机箱,若机箱内可加装参考接地金属板,则滤波器要求与金属机箱相同,电源滤波器安装在该接地板上;否则,滤波器应选择无需接地的共模扼流圈并安装在电源线进入机箱处。若电源线中包括保护接地线,必要时该线也要滤波,以防止干扰通过该线传输。
信号和控制线接口的滤波
对信号和控制线接口可使用共模扼流圈滤波。若 EUT为金属机箱,可在共模扼流圈的两端安装高频滤波电容以构成π形滤波器,该滤波电容的大小应以不影响信号的正常传输为限。若接口处原来有滤波器,可通过改进性能来提高其共模抑制特性。
同轴线接口的滤波
同轴电缆进入机箱后可在机箱内入口处加装共模扼流圈(通过同轴电缆在磁环上并绕 10~15 圈获得),若单个扼流圈对共模干扰衰减不够,可加装多个扼流圈以拓展其抑制频率范围,并提高共模衰减值。
提高 EUT 内部电路的抗扰性
仅通过以上措施可能无法完全解决 CS问题,此时需要提高 EUT 内部电路抗扰性。
EUT内部互连电缆的处理
进出 PCB的较长连接线应在 PCB接口处滤波;高频信号传输应采用同轴电缆;敏感小信号传输应使用屏蔽电缆;对非屏蔽的数字/控制传输电缆应使输出线和返回线两两双绞;对扁平电缆尽量在每根信号线旁边配一根地线并两两双绞,条件不允许时,至少应为每两根信号线配一根地线;电缆走线尽量紧贴金属外壳或接地平板且远离金属外壳上的缝隙、开口;电缆在满足连接情况下尽可能短且尽量不要相互捆扎在一起。
EUT内部电路的处理
对模拟电路进行 PCB 布线时,在敏感信号线旁应有地线保护并尽量缩短线长度以减小敏感信号回路的环路面积。对敏感信号采用平衡方式传输。对一般小信号放大器应尽可能增大放大器的线性动态范围,减少非线性失真;对 PCB引出的模拟信号传输端口建议进行数字化或变压器隔离。对直流放大器,建议采用斩波稳零放大器。应设计和选用自身抗干扰能力强的电子线路 (包括集成电路)作为设备的单元电路。
对数字电路的 IC,所有未使用的输入端口应与地或电源连接,不可悬空;对输入信号,电平触发比边沿触发抗干扰能力强得多;对智能芯片,在软件中加入抗干扰指令并采用看门狗电路是必要的;与外部连接的接口,带选通功能的接口芯片比不带选通功能的具有更强的抗干扰能力;尽量使用大规模 IC.这样可以获得较小的信号传输环路面积,提高了其抗扰性;对 PCB 引出的数字信号建议采用光耦隔离,变压器隔离或直接用光纤传输。
PCB输入输出接口(V/O)上使用独立的"地",该"地"与 PCB上的其他部分"地"仅通过一点连接,是专门为接口滤波和屏蔽层提供的"干净"地;在 VO 区域将"干净"地与机壳以非常低的阻抗连接起来;将所有 VO电缆集中在 PCB设定的 IO区域;I/O接口驱动电路要靠近 I/O连接器;对所有 I/O接口进行共模滤波;PCB上的 LO滤波器应安装在驱动电路和I/O 连接器之间并尽量靠近 I/O 连接器。
其他处理措施
对 EUT 内部电路的结构布局包括对总体布局的检验、电缆布线和分配、孔缝的位置检验和印制板布局方位的检验等。应使机箱上的缝隙或孔洞尽量远离敏感电路;不要有任何金属物体直接穿过金属屏蔽机箱;输出与输入端口妥善分隔,敏感电路和带干扰信号电路尽可能远离。
接地是抑制噪声和防止干扰的重要措施之一。设计中应周密设计地线系统,并结合使用滤波和屏蔽等措施来有效提高设备的抗干扰能力。
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