嘉峪检测网 2024-09-23 08:41
导读：本文主要举例分析产品内部信号线与电源线混合布线造成的EFT/B测试超标现象、原因分析，解决措施，思考与启示。
本文主要举例分析产品内部信号线与电源线混合布线造成的EFT/B测试超标现象、原因分析，解决措施，思考与启示。
1、现象描述:
某直流放大器产品, 在进行电源端口的电压为1kV的EFT/B测试时, 放大器出现饱和 现象而失效｡
有关EFT/B测试的原理，可以参考之前的文章《EMC 测试实质之共模传导性抗扰度》
2、原因分析：
该直流放大器安装在一块PCB上, 为了安装方便, 整块PCB通过一条电缆与其他电路模块连接起来, 如下图所示：
这样, 放大器的输入/输出信号线､ 电源线､ 地线被捆在一 起, 布置在一根电缆中｡
根据磁场感应原理, 导体中流动的交流电流IL 会产生磁场, 这个磁场将与邻近的导体耦合, 在其上感应出电压， 如下图所示：
受害导体中感应电压由可以由下面的公式来计算：
U =- MdIL /dt
式中M为两个系统之间的互感。
M取决于骚扰源和受害电路的环路面积､ 方向､ 距离, 以及两者之间有无磁屏蔽｡
通常靠近的短导线之间的互感在0.1~3nH之间｡
磁场耦合的等效电路相当于电压源串接在受害者的电路中｡
通常两个电路之间有无直接连接对耦合没有影响, 并且无论两个电路对地是隔离的还是连接的, 感应电压都是相同的｡
同时, 导体上的交流电压UL 产生电场, 这个电场与邻近的导体耦合, 并在其上感应出电压 ,如下图所示：
在受害导体上感应的电压可以由下面的公式计算 ：
U = C × Zi × dUL /dt
式中, C为线间寄生电容，Zi为受害电路的对地阻抗｡
这里假设线间寄生电容阻抗大大高于电路阻抗｡
噪声似乎是从电流源注入的, 其值为 C×dUL / dt｡
C 的值与导体之间距离､ 有效面积及有无电屏蔽材料有关｡
典型例子是两个平行绝缘导线, 间隔0.1英寸（2.54mm）时, 其寄生电容大约为50pF/m。
未屏蔽的中等功率电源变压器的初､ 次级间寄生电容为100~1000 pF｡
寄生电容和互感都受骚扰源和受害导体之间的物理距离的影响｡
下图描述了自由空间中两平行导线之间的距离对其线间寄生电容的影响, 以及对地平面 (为每个电源提供回流通路) 上两导体的互感的影响｡
从图中可以看出，随着距离D的增加，其互容和互感都减小。
该放大器产品, 由于放大器的输入/输出信号线､ 电缆线､ 地线在一根电缆中, 而电缆较长, 因此导线之间的互感和线间寄生电容较大｡
EFT/B 测试时, 由于EFT/B信号的高频成分较多, 干扰能量会通过导线之间的互感和线间寄生电容耦合到放大器的输入端｡
尽管这个放大器是直流放大器, 但设计者并没有限制放大器的带宽, 结果放大器对耦合到输入端的高频信号进行了放大｡
由于放大器的输入线与输出线之间也有较大的互感和寄生电容, 因此放大后的输出信号又被耦合到输入信号线上, 结果形成正反馈, 导致放大器饱和｡
寄生电容使放大器饱和的原理如下图所示：
3、处理措施：
按照上面的分析, 解决这个问题可以有两个方案｡
方案一：导线分开
首先可以将导线分开, 减小导线之间的互感和寄生电容。
特别是将电源线与放大器的输入/输出线分开, 并将放大器的输入/输出线也分开, 这样可以避免试验脉冲的能量耦合进入放大器的输入端｡
方案二：压缩放大器的频带
压缩放大器的频带, 使放大器对耦合进输入端的高频信号没有响应｡
因为, 既然是直流放大器, 就应该使放大器仅对直流附近的信号有放大作用, 对高频信号没有放大作用｡
但是考虑到产品实际现状, 将导线分开会影响使用的方便性, 只能通过一条电缆将放大器接入系统｡
如果更换一个带宽较窄的放大器, 虽然可以解决这个问题, 但是更换器件, 可能会导致产品研发的周期变长｡
因此为了解决这个问题, 应在放大器的外围安装滤波器件,
压缩放大器的带宽, 使放大器对耦合进输入端的高频信号没有响应｡
频率较低的信号耦合效率较低, 不会造成放大器饱和的问题｡
采取措施后的电路如下图所示：
在放大器的输入端安装一个低通放大器, 这样相当于压缩了放大器的带宽｡ 采取这个措施后, 放大器顺利通过了EFT/B ±1 kV测试｡
4、思考与启示：
由前面的例子分析我们可以得到如下启示：
在进行放大器电路设计时, 在保证功能的前提下, 尽量压缩电路的带宽, 不要使用超过需要的带宽。
在进行产品布线设计时, 要考虑不同信号线之间的耦合与串扰问题｡
来源：电子工程师之家
