傳導敏感度是確定外部的低頻輻射場是否會通過I/O電纜或電源電纜耦合進入產品。
對于商用產品,這個測試的依據標準為IEC61000-4-6。
測試的頻率范圍通常為0.15~230MHz,所取頻率取決于產品所處的環境或其實際使用的環境。施加的電壓電平有效值為1V、3V或10V。對于商用產品的測試,射頻信號通常為1KHz的正弦AM調制,調制深度為80%;對于軍用和航空與航天試驗,通常使用調制頻率為1KHz的方波或持續時間很短的脈沖調制。這種調制設計用來對音頻整流問題進行測試。比如,如果射頻信號通過半導體或在音頻或其他模擬電路中進行整流,那么低頻調制可能會引起偏壓混亂或會破壞敏感的模擬電路。
由于在電波暗室內很難在上述頻率重復產生均勻的場,因此可以使用不同的手段將干擾信號直接耦合給產品的I/O電纜或電源電纜。
可以采用如下的模擬方式:
傳導敏感度的問題檢查和診斷
在大多數情況下,用于輻射敏感度和傳導發射的方法同樣適用于傳導敏感度問題的檢查與診斷。
這是因為接收外部射頻能量的耦合振子-連接線電纜和外殼縫隙通過交叉耦合或在抑制感應能量的濾波器失效時能將這些場傳導進產品。
不管能量是流入還是流出受試設備,其它的測試也都是同樣的問題。
(1)I/O或電源電纜的濾波不好。
(2)電纜的屏蔽層與外殼或屏蔽殼體搭接得不好。
(3)屏蔽體之間的高阻抗搭接。
(4)視頻LCD/LED顯示屏具有大的孔縫。
(5)關鍵電路處的射頻旁路不夠充分,比如CPU的復位線。
典型的失效模式
輻射敏感度試驗所用的能量能產生很多問題。可能會受到影響的一些方面總結如下:
(1)系統重啟
(2)模擬或數字電路出現故障
(3)顯示屏上出現錯誤的數據
(4)數據丟失
(5)數據傳輸停止、變慢或中斷
(6)高誤碼率
(7)產生的狀態發生改變
(8)開關電源受到干擾工作異常
故障診斷與整改
如果電源線或信號線濾波不好,那么電源線能把射頻能量傳導進產品。對于這種情況,應在電源線和受試產品之間加裝外置的電源線濾波器。
在理想情況下,對于所有的I/O端口及直流電源或交流電源都應進行適當的濾波。
對于I/O端口比如USB或以太網,通常應使用為這些端口設計共模扼流圈或濾波器。否則,I/O電纜或電源線電纜能將射頻能量完全地傳輸進電路。
在診斷故障的過程中,通過使用鋁箔,就可以確定是電纜的問題還是殼體的問題。
一旦懷疑有敏感電纜,可使用如下方法:
(1)逐一對電纜進行測試以確定是哪條電纜或哪組電纜產生了問題。
(2)在有問題的電纜上盡可能接近產品連接器的地方加裝鐵氧體扼流圈。
(3)確保電纜屏蔽層與屏蔽殼體進行了很好的搭接。
(4)在任何可疑的輸入或輸出接口上加裝簡單的低通RC濾波器。串聯電阻為47~100Ω,輸入和信號或電源返回路徑之間的電容推薦值為1~10nF。
特殊情況和問題
具有靈敏模擬電路前端或其他低電平模擬電路的設備對外部的射頻場尤為敏感。
如果模擬信號為低頻小于1MHz,則應嘗試著在輸入和信號返回路徑之間增加1~10nF的電容器。
對于運放器件,可在正輸入端和負輸入端之間連接100pF的電容器件。
尤其要檢查與任何系統或CPU復位線相關的電路。這些線通常應使用1~10nF的電容器件對噪聲源進行濾波,并將其旁路到信號返回路徑。
典型的解決方法
(1)在可疑的電纜上加裝鐵氧體是最快的辦法,通常也是最先想到的辦法。這時可以在所有的電纜上先都加上鐵氧體磁環,直到能確認是哪條或哪組電纜出現了問題。一定要確保這些鐵氧體的位置放置盡可能地靠近產品的I/O連接器或電源連接器。
(2)確保外殼或殼體沒有產生泄露。可能需要增加緊固件的數量。殼體也可能需要附加的射頻襯墊。
(3)可能需要使用低通濾波器。好的設計是在信號線上串聯47Ω~100Ω的小電阻,同時在信號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。如果濾波器直接設計在PCB板上,高頻時推薦使用貼裝的器件。
(4)可能需要在對外部射頻場敏感的內部電路節點,比如CUP的復位線上,跨接1~10nF的電容。同時要注意所加的電容不會影響信號質量。
(5)對于I/O線,使用貼片的數據線鐵氧體共模扼流圈是最好的解決方法。
(6)一定要確保濾波器位于連接線電纜進入產品的殼體位置。與連接器有一定距離的任何濾波器,都會與敏感電路產生交叉耦合,從而引起敏感度問題。
注意:PCB的設計地走線,地回路,接地的位置 設計也是解決抗擾度設計成本最低的設計方法與思路!
目前行業內最典型的EMS敏感度的設計都跟這個結構圖相關聯。
產品問題的發生也是跟我們產品設計可靠性相關聯的
更多的電子產品電路可靠性設計系列,會逐漸為大家解開這些設計方面的坑,讓電子設計工程師少走彎路,敬請關注!