EFT標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的試驗(yàn)是脈沖施加在電源線和參考接地板之間。
對(duì)于長度大于3m的I/O電纜、信號(hào)電纜或數(shù)據(jù)電纜,通常也要使用容性耦合夾進(jìn)行測(cè)試。
如果EFT脈沖通過電源線干擾EUT,通常在電源線的輸入部分首先有開關(guān)電源部分;對(duì)于通用的應(yīng)用設(shè)計(jì)可以建立等效模型-等效電路的原理架構(gòu)進(jìn)行電路的回流路徑分析。如下圖所示:
則應(yīng)考慮以下的措施:
(1)盡可能在接近產(chǎn)品連接器的電源線上設(shè)計(jì)共模扼流圈。
(2)可以加裝外置的電源線濾波器。
(3)在相線和中線之間、相線和外殼或安全地之間,以及中線和外殼或安全地之間,除了有防護(hù)器件外,還有Y電容的設(shè)計(jì)來引導(dǎo)共模電流的回流路徑流向參考地,而不流向或減小流向后級(jí)電子電路的共模電流。
1.特殊情況及問題
對(duì)于沒有金屬殼體的產(chǎn)品或設(shè)備,EFT抗擾度的設(shè)計(jì)會(huì)比較困難。但是這種問題的設(shè)計(jì)也不是不可能的。
EFT的設(shè)計(jì)方法:阻止或轉(zhuǎn)移或者兩種方式都使用來處理任何的EFT電流,以避免干擾或破壞敏感電路。由于EFT在某種程度上有具有輻射效應(yīng),因此輻射敏感度中的如下一些解決方法也是適用的:
(1)最佳的方法是在所有I/O連接器上加裝瞬態(tài)抑制器,它可將電流脈沖轉(zhuǎn)移到PCB的信號(hào)參考平面。一定要確保PCB的信號(hào)參考平面與外殼或金屬平板進(jìn)行了很好的搭接。
(2)I/O線設(shè)計(jì)好共模扼流圈。如果共模扼流圈在產(chǎn)品里面,則需要將其放置在靠近I/O線進(jìn)入設(shè)備的地方。
(3)在連接線電纜上非??拷B接器處,加裝鐵氧體扼流圈,能減小一部分電流脈沖。
(4)信號(hào)線到PCB參考平面之間設(shè)計(jì)電容,或者更好的是在信號(hào)線到外殼之間設(shè)計(jì)電容,比如1nF或更小,能有助于轉(zhuǎn)移EFT電流。這種電容器最好盡可能地靠近I/O連接器。一定要確保其不會(huì)濾掉這些I/O線上的有用信號(hào)或數(shù)據(jù)。
(5)對(duì)于非屏蔽的產(chǎn)品,通過在PCB的下面增加金屬平板(或者是金屬背板)對(duì)PCB周圍的EFT電流進(jìn)行轉(zhuǎn)移。這種金屬平板應(yīng)與所有I/O連接器的導(dǎo)電后殼及外殼進(jìn)行連接。通過位移電流把EFT電流轉(zhuǎn)移到大地。
通過軟件設(shè)計(jì)也可能使產(chǎn)品對(duì)EFT產(chǎn)生固有的抗擾度:
(1)不要使用無限的“等待”狀態(tài)。
(2)在適當(dāng)?shù)那闆r下,使用“看門狗”程序讓EUT重啟。
(3)使用校驗(yàn)位、校驗(yàn)和或糾錯(cuò)碼,以防止存儲(chǔ)損壞數(shù)據(jù)。
(4)一定要確保所有的輸入為鎖存的和選通的;不能為懸空的。
2.典型的解決方法
典型的故障診斷與優(yōu)化策略:
搞清楚信號(hào)回流路徑 及 電流環(huán)路,很多看似詭異的現(xiàn)象都有跡可尋!高頻特性-回流路徑-噪聲容限 其中回流路徑進(jìn)行電路等效就會(huì)有思路和方法。
(1)在可疑電纜上設(shè)計(jì)鐵氧體是最快的,通常也是最先想到的方法。一定要確保這些鐵氧體的位置放置盡可能地靠近產(chǎn)品的I/O連接器或電源連接器。
(2)對(duì)于I/O線纜、信號(hào)線或電源線需要使用低通濾波器。好的設(shè)計(jì)是在信號(hào)線上串聯(lián)47Ω~100Ω的小電阻,同時(shí)在信號(hào)線與返回線或電源返回線之間使用1~10nF的電容。如果有可能,濾波器一定要使用最短的線纜。如果濾波器直接設(shè)計(jì)在PCB板上,高頻時(shí)推薦使用貼裝的器件。
(3)需要在敏感的內(nèi)部電路上設(shè)計(jì)1~10nF的電容或RC濾波器,比如處理好任何CPU處理器的復(fù)位輸入。
(4)對(duì)于以太網(wǎng)電纜,一定要使用具有固有共模扼流圈的連接器。
(5)對(duì)于與內(nèi)部PCB相連的所有I/O線纜和電源線,最終的解決辦法是設(shè)計(jì)瞬態(tài)電壓抑制器或者共模扼流圈。PCB設(shè)計(jì)需要盡可能靠近在接近I/O連接器處以外殼作為基準(zhǔn)。
(6)對(duì)于非屏蔽殼體,增加一個(gè)金屬平板,所有I/O和電源連接器的外殼應(yīng)與它的一面進(jìn)行連接。
(7)如果問題出現(xiàn)在屏蔽線上,那么應(yīng)確保屏蔽層在電纜兩端與屏蔽殼體進(jìn)行高質(zhì)量的3600的低阻抗搭接。
(8)如果問題是由電路的直接交叉輻射產(chǎn)生的,那么應(yīng)使用鋁箔完全地包住整個(gè)外殼。如果這樣能起作用,然后可以慢慢地剝掉鋁箔直到問題再次出現(xiàn)。這樣可以識(shí)別敏感區(qū)域的外置或外殼上產(chǎn)生了問題的縫隙或接合處。
(9)沿著外殼布置電纜,在輸入端口附近布置的任何導(dǎo)線一定要使其遠(yuǎn)離這些端口。能量的交叉耦合會(huì)產(chǎn)生問題,把敏感電路與產(chǎn)生這種能量的導(dǎo)線隔開是一種經(jīng)濟(jì)的解決方法。
(10)一定要確保濾波器的安裝位置靠近連接器。與其他測(cè)試一樣,安裝在線纜上的遠(yuǎn)端濾波器能讓能量與敏感電路產(chǎn)生交叉耦合。
注意:當(dāng)EFT干擾信號(hào)通過耦合方式到達(dá)電路板內(nèi)部的時(shí)候,如下圖所示:
注意:PCB的設(shè)計(jì)地走線,地回路,接地的位置設(shè)計(jì)就是解決抗擾度EFT設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)方法與思路。
目前行業(yè)內(nèi)最典型的EMS敏感度的設(shè)計(jì)也都跟這個(gè)結(jié)構(gòu)圖相關(guān)聯(lián)。
產(chǎn)品問題的發(fā)生也是跟我們產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性相關(guān)聯(lián)的。
更多的電子產(chǎn)品電路可靠性設(shè)計(jì)系列,會(huì)逐漸為大家解開這些設(shè)計(jì)方面的坑,讓電子設(shè)計(jì)工程師少走彎路,敬請(qǐng)關(guān)注!