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提升电子模块抗脉冲干扰的能力

菜鸟
2017-12-07 10:59:18    评分

具有低电源电压操作且带精密集成电路的复杂模块需要进行抗干扰测试,已逐渐变得非常重要。因此,在电子系统中开发人员实现了一系列应对措施,旨在保证高抗扰度。如果他们是来自一个假设的干扰耦合路径知识,这一电磁兼容最终措施将是成功的。由于每一个新开发的电子模块可能包括基于误解的风险,在实验中验证所有的选项是非常有用。如果一个现代电子模块将被开发为包括这样的特性如:1、高抗干扰度;2、没有屏蔽外壳;3、低电流输入。其电磁稳定性将取决于所使用的电子电路和其环境(布局)的特性。

工程师会发现它难以评价一个新的开发阶段的规划所采取的任何措施EMC。任何新的开发受到制约的假设而不是因为在电路选择的EMC特性很少事实的信息可以用。所使用电路的EMC参数越精确,开发人员的EMC决定将更准确。当今这些参数是容易确定的,这得益于特殊的IC测量技术。如果计划的一系列大小并不能证明IC测试的成本,在开发使用过程中测试局部样品模块中的潜在敏感设备是经典方法。

组合使用的脉冲群发生器与场源(OIE1),传感器和探针已经成功证明在开发过程中电子模块的电快速瞬变脉冲群(EFT)和静电放电(ESD)测试是有效的。以下描述了一种工具系统:用于在开发过程中对模块进行很难分析测试干扰状况的手段。

一、迈向更高抗扰度

根据IEC 61000-4-4标准,模块的抗扰度测试是我们检测的起点。在标准合规测试中,由脉冲群发生器产生的干扰耦合到外壳或供电线。通过装置模块流动的脉冲状干扰的路径是未知的。

在装置中,这些干扰未知的成分符合未知敏感设备,并产生一个功能故障。这个敏感点一般都可以精确定位至几平方厘米的模块,但不能由合规测试进行定位。在没有进一步与模块干扰的电路中,即使开发人员成功地测量干扰电流,它仍然是不清楚多少干扰电流的电路可以不允许在各个引脚。开发人员还不知道在哪里与其连接的干扰电流磁场在导体环路感应出电压脉冲或耦合电场电容进入易敏感的线路。关于出现故障模式的准确信息在失败的合规测试中是一个的决定性结果。在进一步的开发中,这允许开发人员借鉴如何在模块上继续测试。

如果在布局更精确地分离敏感点的相采取EMC措施,任何的成功将在很大程度上是机会的问题。间接补救行动(屏蔽板,过滤器,改变了的星形接地系统,电气隔离等)经常在故障位置来解决这个问题。

第二点是必要的。这包括更精确地定位敏感点。应当注意的是,关于从所述第一步骤中的故障模式的所有信息被认为是评估局部敏感点的基础。已定义的干扰电流路径将有助于定位模块的负责故障布局结构模式。但在EN 61000-4-4合规测试中,脉冲群发生器的干扰电流指的是外壳的电位。因此在电子学中工程师不能定义给定的干扰电流路径,这使得标准测试设置不能自动在模块来定位故障。无电位脉冲输出的干扰发生器是一个理想的解决方案。

一旦定位一个敏感点,它通常可以用最少的功夫消除。如果一个布局的变化变得必要,并且成本合理,甚至可以缩短筛选和过滤。不言而喻,在布局改变之前,通过重复所述第一点,最后修改在实验中测试。

二、快速的方法来提高抗扰度

E1抗扰度测试系统是一个先进的工具,对于电子开发人员在实验中来检测模块的抗扰度。它特别地允许开发人员分析如在第二步中描述的局限于一个模块的抗扰度。干扰电流选择性注入到各个部分(干扰电流回路)和脉冲电场(E场)或磁场(H场)的应用到模块表面的选定区域对于敏感点的定位是决定性。当模块受限于干扰脉冲时,信号也可以在没有交互时进行监测。

SGZ21脉冲发生器是一个大量试验的关键要素。它产生自由电位、脉冲状干扰,其边缘具有约2ns的上升时间和10ns的下降时间。相比之下,功能性故障由更高的干扰电流以标准化5/50ns脉冲形状触发。因此用SGZ21进行的测试将确保工程师更安全和更少破坏电子元器件。而且,电流可以部分注入结构件,电缆,屏幕,接地连接,并且主要直接进入模块。由于产生的脉冲电流没有指向发生器外壳的电位,要测试的干扰电流路径可以在设备中定义。干扰电流因此可以经由无显著影响环境的某些部分(图1)注入模块。在测试过程中,数字EMC传感器直接确定作为功能的外部干扰的影响的故障或间接由信号监测。

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图1:采用SGZ21脉冲率发生器受到干扰的电子模块的选择干扰电流路径

三、用场源进行薄弱点定位

干扰电流通过不同布置的导体回路及IC电子模块中的连接。无论这些实际上会导致取决于具体布局的EMC故障。设备的易敏感性脉冲状扰动是由于开放布局结构的布置中,信号连接和环状导体。只有在整个少数狭窄区域设备中包括的所有模块的表面一般是容易干扰的。已经开发综合考虑EMC方面的模块通常只有一个或两个的尺寸只有几毫米的敏感点。这些敏感点隐藏在布局中。通常它们还没有考虑整体构思。甚至这些隐藏的敏感点可以方便快捷地用特殊的微型掌机场源来检测。

本场源通过脉冲群发生器产生的干扰电流供应,无论是取决于场类型的脉冲磁场或电场。这些脉冲场的场强可以与在合规测试中模块表面脉冲电流产生的相比较。脉冲磁场可感应导体回路的电压从而导致模块中的功能故障。如果这功能性故障和来自合规测试的故障是相同的,寻找的敏感点已经被发现。已确定的导体环必须减小,以降低不希望的电压感应。 应该注意到大导体回路不能与小场源进行检测。该脉冲场输入并在导体回路中输出。因此不能感应电压。因此,不同类型的探头可被设计为具体的测量任务。它们允许开发人员找出毫米级的敏感点或探索关键的环节和连接,如组件,导体段或在已经定义的干扰路径上的IC引脚。不同的IC管脚的易敏感性可以评估(图2)。接下来的定位,已确定为易敏感的线路可以选定的方式进行处理。


 

图2:在电子设备中寻找敏感点的场源

E场敏感点不能被H场源识别。 特殊的E-场探头必须用于定位这些故障点。除了导体段部分,高电阻元件,如拉电阻或石英发生器也可证明在这方面很重要。

四、EMC传感器和系统用来监测被测设备(DUT)

EMC测试评估通常在合规测试设置功能元件故障的基础上。然而,在一个耗时的过程中获得的结果是不准确的,由于数据效果和主观的影响。唯一的功能故障监测是通过引入人为干扰规避阈入被测设备(参考干扰电平,EMC传感器)。每次超过门限的干扰,传输没有延时和随机效应,经由光纤(图3)的被测设备主观评价非常精确。不同类型的EMC传感器可用于实际执行。

用EMC传感器监测信号线,而模块受限于提供了干扰如何推进的信息的干扰脉冲。EMC测试抑制干扰的定量因素是非常精确的。抗扰度即使是微小差异是可测量的。该光纤也可用于传输从EMC传感器的信号到接收器。

图3:EMC传感器的使用

监测的信号被直接导入到传感器的输入,并拉伸至10ns的光脉冲。接收器转换光信号到一个TTL信号,在发生器中一个计数器显示EMC传感器已经被超过的干扰阈值的数量。这可确保在发展过程中没有相互作用的信号监测。抗扰度是反比于由计数器显示的数字。这允许测量在抗扰度中布局变化的影响。

五、结论

在开发过程中EMC测试技术的使用普遍地被接受作为一种有效的方法,来帮助改善现代数字技术的抗扰度。当使用先进的电子组件时,高成本压力和不充分解决EMC问题,是这种情况发展的原因。它还鼓励搜索解决问题的普遍接受的方法。从技术角度来看,EMC问题,只能通过设备内在的作用机理解决。这里提出的发生器,探头和传感器被设计来来描述这些测量技术的机制。它们允许开发人员和EMC工程师测量,跟踪和了解抗干扰的现象。由于这个方法,EMC测试可经济和准确地综合和评估。





关键词: 电子     模块     脉冲    

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