脉冲干扰抗扰度及测试技术

脉冲干扰抗扰度及测试技术

摘要：电气或电子电路和系统中所遇到的多种电磁干扰并不是连续波干扰，而是脉冲或瞬态形式的干扰。传统的连续波测试并不能在较短的时间间隙内聚集足够的能量以有效地模拟脉冲或瞬态干扰。因此，应该使用脉冲干扰的电磁抗扰度测试方法。分别介绍了ESD、EFT、Surge原理和测试方法及注意事项。

关键字：电磁干扰静电放电电快速瞬变脉冲浪涌

Abstract：Electrical or electronic circuits and systems encountered in a variety of electromagnetic interference is not continuous waves interference, but the pulse or transient forms of interference. The traditional continuous wave test can not gather enough energy in order to effectively simulate the pulse or transient interference in a short period of time. Therefore, we should use the pulsed electromagnetic interference immunity test methods. Introduced the ESD, EFT, Surge principles and testing methods and precautions.

Keywords: EMI ESD EFT/burst Surge

电磁骚扰是指可能引起一个器件、一台设备或一个系统性能下降的任何一种电磁现象。电磁骚扰可以是自然界的电磁噪声、无用信号或在媒质中传播时自身发生的改变。

电磁干扰（EMI）是电磁骚扰造成的器件、设备或系统的性能下降现象，从它的源到达接收机的主要机制是传导和辐射，如图1所示。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络，在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

图1 电磁干扰耦合机制

1静电放电

静电放电（ESD）即累积的静电电荷放电，是一种自然现象，这种放电产生电磁干扰。当两种不同介电常数的材料互相摩擦时、加热或与带电物体接触将产生静电。静电放电是把累积的电荷泄放给具有较低对地电阻的另一个物体，这

种电磁干扰对它触及的设备和个人产生的效应有多种，从听觉中或设备中的噪声与骚扰到令人不适的电击。静电放电典型特性如图2所示。

图2 静电放电脉冲典型特性图3 台式设备的ESD试验台

平时我们一般不太在意ESD对器件或设备将造成什么影响，其实当涉及不导电的合成材料（如合成地毯、PVC鞋底等）且相对湿度（20%~30%）环境中时，静电电压可能高达20Kv~25Kv，极端环境下电压上限可达30Kv~40Kv，在此电压等级下MOS器件极易受损坏，称为直接放电（如图4所示）；同时ESD 能够产生电场和磁场并辐射出去，实际上，即使电子设备或电路不直接受到静电放电的作用，其也有可能受到静电放电的干扰（如图5所示）。

ESD

放电枪接收设备

图4 直接静电放电

受扰设备

ESD产生的辐射场

ESD

放电枪接收设备

图5 间接静电放电

1.1静电放电发生器

静电放电发生器的功能就是产生和释放（对受试设备）所需强度和脉冲波形的电压/电流，脉冲以实现静电放电测试。原理图如图6所示，R0的作用是对充电电流进行限制，包括电源内阻，R0的外加值在477KΩ~1MΩ之间；储能电容Ch代表了人体的电容，典型值为150pF，Rh为放点电阻，典型值为330Ω；它代表了人体和受试设备之间的电阻。

图6静电放电发生器简化原理图

1.2静电放电测试

1.2.1空气放电测试。

充电电极与受试设备距离很近，放电时在受试设备和充电电极之间产生电火花。空气放电法的测试结果非常接近真实情况，因为对于典型的实际情况，带电的人体或家具产生的静电放电都是逐渐地接近接受设备的，在接近的过程中完成放电过程。实际上，诸如湿度、气压、靠近速度等可能会影响实际测量结果，所以空气放电法是很难复现的。因此，为了得到合理的测量结果，可能有必要进行上百次测试。

1.2.2接触放电测试。

电极与接受设备一直处于接触状态，通过对静电发生器电路中的开关进行操作以产生静电放电。接触放电测试通常能够为测试和评估提供可重复的放电波形，脉冲与脉冲之间的变化最小。然而，这种方法并不能完全重现现实中的静电放电。试验台如图3所示。

对于接触放电而言，气候参数并不会对测试结果产生严重的影响。为了尽量减小环境参数因素的影响和确保测试的可重复性，空气放电测试环境条件如下：环境温度为15℃~35℃，相对湿度为30%~60%，气压为68Kpa~106Kpa。

2电快速瞬变脉冲群

电快速瞬变脉冲群（EFT/Burst）由一系列重复出现的脉冲或瞬态构成，脉冲或瞬态的持续时间相对较短。典型的EFT波形如图6所示。每个脉冲群都包含了几个脉冲，每个脉冲的强度都高达几千伏，上升时间大约为5ns，持续时间通常为50ns。

图7 脉冲群Burst波形图8 EFT的累积效应当电感、电容断开时就会产生EFT类干扰，诸如继电器线圈、定时器、电

动机、气体放电灯或电流接触器的感性负载与线路接触或断开时，可能会在开关的机械接触部分产生连续电弧，从而产生EFT 。

EFT 的特点：脉冲序列对设备的正常工作构成干扰或使一个电路发生故障，即便单个脉冲强度不足以影响到设备的性能，但是存在累积效应。每个脉冲都会对输入电容（包括寄生电容）充电，而如果此电容没有足够时间完全释放其所带的电荷，电压就会缓慢累积，直到达到一个能够使电路发生故障的门限电平（如图7所示）。电快速瞬变脉冲通常通过电力线、信号线或控制电缆以传导电磁干扰的形式进入到接收设备，其典型脉冲重复率在10KHz~1MHz 之间。

2.1电快速瞬变脉冲群发生器

图9 电快速瞬变脉冲群发生器的简化原理图

电快速瞬变脉冲群发生器的作用是产生所需的电快速瞬变脉冲测试波形，包括所需的电压、持续时间等要求，实际应用时的要求不尽相同，原理图如图9所示。EFT 脉冲波形的近似解析表达式：

12()(1)t t t t p V t AV e e --=-

其中A 为常数，p V 为开路电压的最高峰值，1t =3.5ns ，2t =55.6ns 。

2.2 EFT 抗扰度测试

EFT 的特征（脉冲持续时间、脉冲群间隔、脉冲间隔、脉冲强度和脉冲持续时间）差别可以很大，所以，在对接收设备进行抗扰度测试时，不能只针对一组数据，实际上通常假设一种最坏情况，然后检验设备对此EFT 的抗扰度。EFT 抗扰度测试通常在电磁环境受控（屏蔽室）的实验室内进行，确保电磁环境本身不会对测试结果产生影响。

气候条件一般不会对EFT 测试产生影响，然而为了测试的可重复性，环境温度一般为15℃~35℃，相对湿度为45%~75%，气压为68Kpa~106Kpa ；测试强度要与受试设备的实际工作环境一致，比如保护良好的环境、保护一般的环境、典型工业环境、苛刻的工业环境和一些特殊情况等。

3浪涌

浪涌是低压电力线上的持续时间较短的电流、电压或功率的瞬态波形。低压电力线就是传输家庭、实验室、商业和工业用户的低于1kv 均方根值电压的导线。设备工作过程中所产生的这种瞬态信息能够引起电磁干扰。

浪涌的典型特征：持续时间小于1ms 或小于电源频率的半周期；幅度高达几千伏或几千安。浪涌释放能量的计算公式：