电快速瞬变脉冲群(EFT)和静电(ESD)问题的测量和定位.doc

电快速瞬变脉冲群(EFT)和静电(ESD)问题的测量和定位大部分电子产品需要通过电快速瞬变脉冲群（EFT）（根据IEC61000-4-4）和静电放电（ESD）(根据IEC61000-4-2)等项目的标准测试。EFT和ESD是两种典型的突发干扰，EFT信号单脉冲的峰值电压可高达4kV，上升沿5ns。接触放电测试时的ESD信号的峰值电压可高达8kV，上升时间小于1ns。这两种突发干扰，都具有突发、高压、宽频等特征。 在进行标准的EFT/ESD测试时，把干扰脉冲从设备外部耦合到内部，同时监视设备的工作状态。如果设备没有通过这些标准的测试，测试本身几乎不能提供任何如何解决问题的信息。 要想定位被测物(EUT)对突发干扰敏感的原因和位置，必须进行信号测量。但是如果采用示波器进行测量的话，EUT内部的干扰会产生变化。例如图1中，使用金属导线的探头连接到示波器，会形成一个额外的干扰电流路径，从而影响测试结果，很难定位产生ESD/EFT问题的原因。 图1 用示波器测量EFT/ESD EFT/ESD干扰电路正常工作的机理 在进行EFT/ESD等抗扰度测试时，需要把相应的突发干扰施加到EUT的电源线，信号线或者机箱等位置。干扰电流会通过电缆或者机箱，流入EUT的内部电路，可能会引起EUT技术指标的下降，例如干扰音频或视频信号，或者引起通信误码等；也可能引起系统复位，停止工作，甚至损坏器件等。 电子产品的抗干扰特性，取决于其PCB设计和集成电路的敏感度。电路对EFT/ESD信号敏感的位置，一般能被精确定位。形成这些敏感点的原因，很大程度上取决于GND/VCC的形状以及集成电路的类型和制造商。 实践发现，产生EFT/ESD问题的最主要的原因是，干扰电流的主要部分会流入低阻抗的电源系统。干扰电流能通过直接的连接进入GND系统，再由线路连接，从另外一个地方耦合出来；干扰电流也能通过直接连接进入GND系统，然后通过和金属块(例如机箱)等物体的容性耦合方式，以电场的方式(场束)耦合出来。 图2中，干扰脉冲电流I通过电缆或者电容渗透到PCB内。由干扰电流产生电场干扰(电场强度E)或者磁场干扰(磁场强度B)。磁脉冲场B或电脉冲场E是影响PCB最主要的基本元素，一般来说，敏感点要么仅对磁场敏感，要么仅对电场敏感。 干扰电流I通过电源线注入到设备内部。由于旁路电容C的存在，一部分电流IA离开了被测物，内部的干扰电流Ii被减少了。图中所示的由干扰电流Ii产生的磁场B会影响它周围几厘米范围内的电路模块，一般电路模块内只会有很少的信号线会对磁场B敏感。 需要注意，磁场不仅仅由电源线电缆上干扰电流I以及排状电缆上的电流产生，旁路电容C的电流路径以及内部GND和VCC上的电流，会扩大干扰范围。 在电源系统(主要是GND)上流动的干扰电流，产生的很强的宽频谱电磁场，能干扰其周围几厘米范围内的集成电路或者信号线，如果敏感的信号线或者器件，例如复位信号、片选信号、晶体等，正好放置在干扰电流路径周围，系统就可能由此引起各种不稳定的现象。 一般情况下，一块PCB上只会存在少量的敏感点，而且每个敏感点也会被限制在很少的区域。在把这些敏感点找出来，并采取适当的手段后，就能提高产品的抗干扰性能。 由此可见，为了定位EUT不能通过EFT/ESD测试的原因，我们就必须首先找出这些突发干扰在系统内部的电流路径，再找出该路径周围存在哪些敏感的信号线和器件(敏感点)，之后可以采取改善接地系统以改变电流路径，或者移动敏感信号线和器件的位置等方法，从根本上以最低的成本解决EFT/ESD问题。 E1抗干扰开发系统 由于EFT/ESD信号具有高压和宽频谱等特征，传统的示波器和频谱分析仪很难测量干扰电流的路径。本文介绍的E1抗干扰开发系统，专门用于测量和排除EFT/ESD问题。E1系统由四大部分组成(图3)： 1．产生突发干扰的突发干扰信号源SGZ21 SGZ21产生连续的类似于EFT或者ESD的干扰脉冲，脉冲的上升沿时间为2ns，下降沿时间为约10ns。这些脉冲包含的能量比标准的EFT脉冲或ESD脉冲小，因此能在不损坏被测设备的情况下，把干扰直接耦合到EUT的内部PCB上。 SGZ21输出的脉冲信号，其脉冲幅度是连续变化的，峰值在0－1500V之间，按统计平均分布。利用这种方法，配合传感器，加上SGZ21内置的光纤输入计数器，能对PCB进行特别快速的抗干扰性能评估。 SGZ21采用电气隔离(无大地参考)的对称输出。干扰脉冲能被容性耦合，极性可变。这样，就能采用各种耦合方式，例如： a. 把发生器的输出直接连接到被测物的GND系统上，把干扰电流直接注入到GND系统。 b. 把干扰电流注入到GND，然后从VCC返回。 c. 干扰电流可以注入到变压器、分配器或者光耦的