电快速瞬变脉冲群（EFT）抗扰度是一种通用性强、测试方便、能高效暴露风险的EMS测试项目——通过模拟电网拉弧产生的一系列快速高压尖峰脉冲来评估产品对瞬态高压耐受能力同时暴露产品对瞬态射频电场的耐受风险。

本文对电快速瞬变脉冲群脉冲的能量和频谱进行了分析和实测，对电快速瞬变脉冲群耦合产生的电场进行了评估，对工程中较为实用的近场探头电场注入、直接注入进行了介绍，并推荐利用波形发生器模拟电快速瞬变脉冲群脉冲直接注入的诊断分析方法和电快速瞬变脉冲群防护器件的实测方法供大家在EMC开发中参考。

 

电快速瞬变脉冲群的评估与测量频谱分析

电快速瞬变脉冲群干扰的严酷程度可以从频谱幅值、频谱宽度、频谱密度、功率谱等维度来进行评估，所以进行电快速瞬变脉冲群问题诊断分析首先需要了解电快速瞬变脉冲群脉冲的能量等级和频谱分布。

电快速瞬变脉冲群的能量等级和严酷程度分析：

电快速瞬变脉冲群脉冲的参数由基础标准IEC61000-4-4定义，EMC测试机构的电快速瞬变脉冲群发生器校准结果要符合标准要求从而保证测试结果重复性和可靠性。

 

电快速瞬变脉冲群测试标准发生器和输出波形

 

 

电快速瞬变脉冲群实际校准波形（一）

 

电快速瞬变脉冲群实际校准波形（二）

 

电快速瞬变脉冲群标准中的发生器原理构造和标准波形可以看出电快速瞬变脉冲群属于典型的高电压（0-4kV），短时瞬发(5/50nS)，内阻较大(50Ω)且仅采用共模注入的抗扰度测试。电快速瞬变脉冲群测试每秒输出250个脉冲，单个脉冲能量集中在50纳秒以内，脉冲能量可以精确计算也或利用示波器进行测量，也可以简化为三角形计算：以2kV为例，单脉冲峰值功率

单脉冲能量为：

脉冲群平均能量为：

因此电快速瞬变脉冲群是一种瞬态峰值功率很大但脉冲能量和总能量较小的干扰，破坏性不强，但是并不意味着电快速瞬变脉冲群干扰能力弱，电快速瞬变脉冲群的瞬态的干扰能量，以高频电场的形式发射到电磁环境的，需要从电快速瞬变脉冲群频谱分布，来评估电快速瞬变脉冲群脉冲真实干扰能力。

电快速瞬变脉冲群频谱的宽度分析

注入信号频谱的宽度是抗扰度测试中非常重要的参数，EMS抗扰度测试使用不同的注入测试方法来注入不同的干扰频谱，如传导抗扰度测试150kHz-80MHz的连续波适合使用耦合去耦网络直接对线缆注入，对于辐射抗扰度测试对于80MHz以上的信号则采用天线电场注入。EMS信号频率越高空间耦合能力越强对受测设备的内部影响也越大。我们以80MHz为参考分界判断干扰的的主要传输路径，80MHz以下线缆传输稳定，而80MHz以上空间的发射更复杂，因此评估电快速瞬变脉冲群对受测设备的干扰耦合方式和强度要对电快速瞬变脉冲群干扰频谱的幅度和宽度进行分析，我们可以利用脉冲波形的傅里叶变换近似计算来评估。

 

周期信号波形与频谱的关系

 

周期信号波形与频谱的关系我们可以推导出电快速瞬变脉冲群脉冲重复率5k或者100kHz对低次频谱有影响，但频谱的宽度主要由脉冲宽度和上升下降时间决定，因此脉宽TH =50nS决定EFT脉冲的频谱第一转折点

，上升下降时间tr =5nS决定第二转折点64MHz，计算500V EFT脉冲在第一转折点6.4MHz之前的低次谐波幅值为：

（按三角波近似计算），因此64MHz为108dBµV（10倍频降低20dB）, 640MHz有 68dBµV（10倍频降低40dB）。理论推导出电快速瞬变脉冲群脉冲的频谱非常宽，但我们还需要通过实测来验证。

 

电快速瞬变脉冲群频谱的实测

对于电快速瞬变脉冲群频谱的实测，示波器量能够测量电快速瞬变脉冲群脉冲波形但不能输出频谱，频谱仪能够输出频谱但不能耐受瞬态高压，因此我们需要利用高压同轴衰减器将电快速瞬变脉冲群信号衰减到一定程度才能送入频谱仪进行电快速瞬变脉冲群频谱实测，以下是电快速瞬变脉冲群频谱测试布置和衰减器校准布置。

电快速瞬变脉冲群频谱的测量与衰减器校准

我们利用20dB 50W衰减器进行第一级衰减，利用20dB 5W衰减器进行第二级衰减， 500V EFT信号经过40dB衰减（100倍）和50Ω内阻分压之后峰值电压为2.5V，可以用示波器和频谱分析仪直接测量电快速瞬变脉冲群的时域波形和频谱波形。图中两个衰减器组合的校准系数为-40dB，因此我们需要对频谱分析仪得到的频谱进行40dB补偿。

 

 500V EFT衰减40dB后的测量频谱

频谱经过40dB的衰减，我们进行补偿之后可以得到500V电快速瞬变脉冲群脉冲100kHz的频谱低次谐波幅值为128dBµV，第一转折点6.4M幅值118dBµV，第二转折点64MHz幅值低20dB，为98dBµV,考虑50Ω的分压6dB，实测结果幅值与我们的理论分析值接近。更高的电快速瞬变脉冲群电压会使得频谱幅值相应上升，会使得64-640MHz辐射频段的幅值相应上升。因此，实测结果与理论分析都表明电快速瞬变脉冲群脉冲高频成分丰富，而高频能量并不依赖沿线缆传播还可以通过空间直接发射，在电快速瞬变脉冲群测试并不仅仅是线缆的共模注入还必定伴有高频电场干扰。

利用天线对EFT的电场频谱和强度进行测量：

对电快速瞬变脉冲群干扰电场进行实测有利于我们更直观评估电快速瞬变脉冲群的干扰能力。电快速瞬变脉冲群注入可以采用CDN对50cm长的电源线缆进行直接注入，也可以用容性耦合夹对信号线缆进行耦合注入，两种方式电快速瞬变脉冲群脉冲都能产生相应的高频电场。这里我们采用容性耦合夹耦合来对电快速瞬变脉冲群的耦合能力和产生的电场进行评估。

电快速瞬变脉冲群耦合电场的测量布置和实测数据

电快速瞬变脉冲群脉冲发生器通过容性耦合夹对长度3米放置在0.8米木桌上两端下垂的金属线缆进行耦合，线缆辐射出的电快速瞬变脉冲群电场被距离3米的双锥天线接收并由EMI接收机测量。右图是实测500V电快速瞬变脉冲群信号通过标准100p容性耦合夹耦合能在3米距离30-500MHz频段产生最大80dBuV/m的电场，可以看出电快速瞬变脉冲群的耦合能力、干扰电场强度很强同时频谱范围很宽。电快速瞬变脉冲群实际测试中注入等级更高EUT距离更近因此电快速瞬变脉冲群电场干扰更强，因此很多电快速瞬变脉冲群问题中不但要考虑沿线缆的注入还需要考虑由于电缆发射而产生的电场干扰，尤其没有金属屏蔽的产品需要特别注意电快速瞬变脉冲群电场对内部电路的直接干扰。

 

 

来源：风陵渡口话EMC

关键词： 电快速瞬变脉冲群 测量频谱