EFT標準測試的試驗是脈沖施加在電源線和參考接地板之間。
對于長度大于3m的I/O電纜、信號電纜或數據電纜,通常也要使用容性耦合夾進行測試。
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電源部分;對于通用的應用設計可以建立等效模型-等效電路的原理架構進行電路的回流路徑分析。如下圖所示:
則應考慮以下的措施:
(1)盡可能在接近產品連接器的電源線上設計共模扼流圈。
(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,除了有防護器件外,還有Y電容的設計來引導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電子電路的共模電流。
1.特殊情況及問題
對于沒有金屬殼體的產品或設備,EFT抗擾度的設計會比較困難。但是這種問題的設計也不是不可能的。
EFT的設計方法:阻止或轉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,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連接器上加裝瞬態抑制器,它可將電流脈沖轉移到PCB的信號參考平面。一定要確保PCB的信號參考平面與外殼或金屬平板進行了很好的搭接。
(2)I/O線設計好共模扼流圈。如果共模扼流圈在產品里面,則需要將其放置在靠近I/O線進入設備的地方。
(3)在連接線電纜上非常靠近連接器處,加裝鐵氧體扼流圈,能減小一部分電流脈沖。
(4)信號線到PCB參考平面之間設計電容,或者更好的是在信號線到外殼之間設計電容,比如1nF或更小,能有助于轉移EFT電流。這種電容器最好盡可能地靠近I/O連接器。一定要確保其不會濾掉這些I/O線上的有用信號或數據。
(5)對于非屏蔽的產品,通過在PCB的下面增加金屬平板(或者是金屬背板)對PCB周圍的EFT電流進行轉移。這種金屬平板應與所有I/O連接器的導電后殼及外殼進行連接。通過位移電流把EFT電流轉移到大地。
通過軟件設計也可能使產品對EFT產生固有的抗擾度:
(1)不要使用無限的“等待”狀態。
(2)在適當的情況下,使用“看門狗”程序讓EUT重啟。
(3)使用校驗位、校驗和或糾錯碼,以防止存儲損壞數據。
(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化策略:
搞清楚信號回流路徑 及 電流環路,很多看似詭異的現象都有跡可尋!高頻特性-回流路徑-噪聲容限 其中回流路徑進行電路等效就會有思路和方法。
(1)在可疑電纜上設計鐵氧體是最快的,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品的I/O連接器或電源連接器。
(2)對于I/O線纜、信號線或電源線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。
(3)需要在敏感的內部電路上設計1~10nF的電容或RC濾波器,比如處理好任何CPU處理器的復位輸入。
(4)對于以太網電纜,一定要使用具有固有共模扼流圈的連接器。
(5)對于與內部PCB相連的所有I/O線纜和電源線,最終的解決辦法是設計瞬態電壓抑制器或者共模扼流圈。PCB設計需要盡可能靠近在接近I/O連接器處以外殼作為基準。
(6)對于非屏蔽殼體,增加一個金屬平板,所有I/O和電源連接器的外殼應與它的一面進行連接。
(7)如果問題出現在屏蔽線上,那么應確保屏蔽層在電纜兩端與屏蔽殼體進行高質量的3600的低阻抗搭接。
(8)如果問題是由電路的直接交叉輻射產生的,那么應使用鋁箔完全地包住整個外殼。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。這樣可以識別敏感區域的外置或外殼上產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線一定要使其遠離這些端口。能量的交叉耦合會產生問題,把敏感電路與產生這種能量的導線隔開是一種經濟的解決方法。
(10)一定要確保濾波器的安裝位置靠近連接器。與其他測試一樣,安裝在線纜上的遠端濾波器能讓能量與敏感電路產生交叉耦合。
注意:當EFT干擾信號通過耦合方式到達電路板內部的時候,如下圖所示:
注意:PCB的設計地走線,地回路,接地的位置設計就是解決抗擾度EFT設計最關鍵的設計方法與思路。
目前行業內最典型的EMS敏感度的設計也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!