前言

本来是我用幕布写的，后来发现CSDN不用考虑资源大小的优点（发现新大陆，希望CSDN不会倒闭haha），重新编写一下，但格式还是幕布的格式，各位看官将就一下，另外本文部分借鉴了钱振宇《脉冲群(EFT)抗扰度试验的要点及其对策》，文章内容写的非常详细，推荐阅读。
这篇文章是用自己测试过程中遇到的实例， 从脉冲群的原理到干扰的抑制，到具体电路的分析与解决，由于实验比较仓促，导致这一过程很多东西没办法写出来，需要通过实验、记录、分析等一步一步来，希望对大家有所帮助，文章都是基于自己的理解写的，有不足之处也请指出，欢迎评论区留言讨论。

EFT

●（脉冲群）EFT干扰的特点与实质

• ● EFT由电感性负载（如继电器、接触器产生的传导干扰、高压开关切换产生的辐射干扰等）在断开时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在断开处产生的暂态骚扰。当电感性负载多次重复开关，则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。这种暂态骚扰能量较小，一般不会引起设备的损坏，但由于其频谱分布较宽，所以会对电子、电气设备的可靠工作产生影响。
  ● EFT是由间隔为300ms的连续脉冲串构成，每一个脉冲串持续15ms，单个脉冲的上升沿5ns，持续时间50ns，重复频率5kHz和100kHz。其谐波频率至少为60MHz，对电源线来说，那怕长度只有1m，由于长度已可和传输频率的波长相比，已不能以普通电源线对待，信号在上面传输时，部分仍通过线路进入试品（传导）；部分要从线路逸出，成为辐射信号进入试品（辐射）。故试品受到的干扰实际上是传导与辐射的结合。传导与辐射的比例将与电源线长度有关：线路短，传导多；线路长，辐射强。而且辐射强弱还和电源线与参考接地板的贴近程度有关（反映为线路与参考地之间的分布电容），线路离接地板近，分布电容大（容抗小），干扰不易以辐射方式逸出；反之亦反。因此，试验用电源线的长度、离参考接地板的高度，乃至电源线与试品的相对位置，都可以成为影响试验结果的因素。

● 脉冲群干扰的抑制

• ● 从小的原理到实际中的干扰抑制
  • ● 板卡上开关切换瞬变的抑制
    • ● 对继电器绕组（电感性负载）的处理

      • ● 对直流继电器来说，可以再绕组上并联一些电阻、电容和二极管等元器件来达到干扰抑制的目的，如下所示：

        ● 对a，二极管近乎理想的顺向导通状态阻止了开关切换瞬间绕组电感对分布电容的充电，避免自谐振的发生。线路中电流表达式为I=e^{-t/τ}。式中In为继电器绕组的稳态工作电流；t为时间常数，τ=L/R，L和R分别为绕组本身的电感和电阻。当L很大而R很小时，τ将很大，这意味线路中电流衰减很慢，故此继电器控制的触点将延时释放。该线路最大优点是产生的瞬变电压最低。
        ● 对b，与a不同，在二极管回路中串入了电阻R。就电感能量释放通路来说，它与绕组电阻同处一条串联回路，所以电路b的总电阻比a要大，其结果是电路b的τ比a小。故b的触点释放过程将比a快。串联电阻R值要适中，太大了，相当抑制回路开路，对瞬变无抑制作用；太小了，就变得与电路a一样。所以对R的值要通过试验来加以折衷。
        ● 对c，并联电容C的存在，是人为地加大了继电器绕组中分布电容对瞬变形成的影响。今假定电容C的值为0.5μF，且不计串联电阻的存在，则新电路绕组两端可感应出的电压峰值为U=Ix（L_2/（C+C_2））^{1/2}=98.7V可见瞬变干扰的幅度被大大降低了（原先为3130.5V）。此外，自谐振频率也将降低为226Hz。线路中的附加电阻R将为自谐振提供额外的功率消耗，使振荡经过几周后被很快衰减至零。
        ● 对d，在继电器绕组上并联一对背对背联接的TVS管，TVS管的击穿电压要大于继电器绕组工作电压。继电器工作时，TVS管不导通。但当机械开关S切断继电器的绕组电流瞬间，只要绕组上感生的瞬变电压超过TVS管限定电压，TVS管便导通，并把绕组电压籍制在TVS管的限定电压上，阻止了绕组电压的续继升高，亦即阻止了瞬变电压的产生。TVS管对功率的消耗使继电器绕组的能量释放很快得以完成。
        ● 对e，在继电器绕组上并联一个电阻R，此电阻用于消耗瞬变的能量，阻止高瞬变电压的形成。线路e的特点是简单，但在继电器工作时有附加能量消耗。阻值小，附加消耗大，但抑制作用明显；阻值大，消耗小，但抑制作用不明显。
        ● 实用中可将以上线路适当组合，以便对瞬变干扰的抑制更加有利。还有布局布线需要注意就近原则（a~e线路适合直流供电，带有二极管的不适合交流电路使用）

    • ● 对开关触点的处理

      • ● 除了在继电器绕组上并联电阻、电容和二极管的办法来抑制瞬变干扰的产生外，还通过对开关触点的处理，来达到抑制开关切换瞬变形成的目的，可能采取的方案如下图所示。
        

      • ● 对a，开关S断开瞬间，电容C经二极管充电至电源电压，所以触点两端不会拉弧，从而抑制了瞬变干扰的产生。开关重新闭合时，电容C经过电阻R和开关放电，恢复到准备状态。电阻R限制了电容C的放电电流。
        ● 对b，TVS管的籍位作用避免了触点断开瞬间在触点两侧的电压增长，从而抑制了瞬变干扰的形成。要注意TVS管的极性，TVS管的击穿电压要大于电源电压最大值。
        ● 对c，开关断开时，继电器绕组中能量经R、C支路释放，并将能量消耗在电阻R上，从而抑制瞬变干扰形成。使用时要对R和C的值进行折衷选择。
        ● 上述线路原则上也能用到交流线路去，但要注意交流线路的特点。例如，由于二极管的单向导电性，线路a不能使用；对线路b，要使用背对背联接的TVS管。

    • ● 固态继电器（带过零检测）
      • ● 电压过零型交流固态继电器在电网电压过零的时候接通，而在交流固态继电器电流过零的瞬间断开，从而可以确保线路是在无噪声的情况下操作，是干扰减至最小程度。

● 整机脉冲群干扰的抑制

• ● 从脉冲群试验的本意来说，主要是进行共模干扰试验，只是干扰脉冲的波形前沿非常陡峭，持续时间非常短暂，因此含有极其丰富的高频成分，这就导致在干扰波形的传输过程中，会有一部分干扰从传输的线缆中逸出，这样设备最终受到的是传导和辐射的复合干扰。
  ● 电快速脉冲对设备影响的原因由图所示的三种。
  

  • ● （1）通过电源线直接传导进设备的电源，导致电路的电源线上有过大的噪声电压。从图所示的干扰注入方式可知，当单独对火线或零线注入干扰是，在火线和零线之间存在着差模干扰，这种差模电压会出现在电源的直流输出端；当同时对火线和零线注入干扰时，仅存在着共模电压，由于大部分电源的输入都是平衡的(无论变压器输入，还是整流桥输入)，因此实际共模干扰转变成差模电压的成分很少，对电源的输出影响并不大。
    ● （2）干扰能量在电源线上传导的过程中向空间辐射，这些能量感应到邻近的信号电缆上，对信号电缆连接的电路形成干扰（如果发生这种情况，往往会直接向信号电缆注入试验脉冲时，导致试验失败）。
    ● （3）干扰脉冲信号在电缆（包括信号电缆和电源电缆）上传播时产生的二次辐射能量感应进电路，对电路形成干扰。

• ● 针对脉冲群干扰，主要采用两种措施，一是针对电源线的整改，二是针对信号线的整改

  • ● 电源线整改措施

    • ● （1）金属机箱。解决电源线干扰问题的主要方法是在电源线入口处安装电源线滤波器，阻止干扰进入设备。从图中所示的干扰注入方法可知，注入到电源线上的电压是共模电压，滤波器必须能对这种共模电压起到抑制作用才能使受试设备顺利通过试验。目前，市面上的很多成品电源滤波器主要是针对电快速脉冲试验设计的，设计人员可以根据产品特点直接选用。下面是用滤波器抑制电源线上的电快速脉冲方法。
      

  • ● 电源滤波器线路构成
    

    • ● 共模电感：在磁芯选定后，电感线圈的电感量将取决于所用导线的线径，通流小的线径细，线圈匝数可多一点，电感量就大；反之亦然。典型为几mH只零点几mH。
      ● 采用X,Y电容和泄放电阻的组合，可加强对差模和共模干扰的限制，并泄放积累在电容器上的电荷；
      ● 滤波器必须接地，1、不接地会使滤过波的共模电磁干扰重新进入滤波输出部分；2、共模电容的公共连接点是滤波器的地，则公共点上的电压为输入电压的一半，设备外壳就带电；

  • ● （2）设备机箱是非金属的。如果设备采用的是非金属机箱，就必须在机箱底部加一块金属板，供滤波器中的共模滤波电容接地。如图所示，这时的共模干扰电流通路通过金属板与地线层之间的分布电容形成通路。如果设备的尺寸较小，意味着金属板尺寸也较小，这时金属板与地线层之间的电容量较小，不能起到较好的旁路作用。因此，电感的特性对于设备能够顺利通过试验至关重要，需要采用各种措施提高电感高频特性，必要时可用多个电感串联。
    

• ● 信号线的整改措施

  • ● （1）信号电缆屏蔽。从试验方法可知，干扰脉冲耦合进信号电缆的方式为电容性耦合。消除电容性耦合的方法是将电缆屏蔽起来，并且接地，因此，用电缆屏蔽的方法解决电快速脉冲干扰的条件是电缆屏蔽层能够与试验中的参考地线层可靠连接，如果设备的外壳是金属并且接地的设备，这个条件容易满足；当设备的外壳是金属的，但是不接地时，屏蔽电缆只能对电快速脉冲中的高频成分起到抑制作用，这是通过金属机壳与地之间的分布电容来接地的；如果机箱是非金属机箱，则电缆屏蔽的方法就没有什么效果。
    ● （2）信号电缆上安装共模扼流圈。共模扼流圈实际是一种低通滤波器，根据低通滤波器对脉冲干扰的抑制作用，只有当电感量足够大时，才能有效果。但是当扼流圈的电感量较大时（往往匝数较多），分布电容也较大，扼流圈的高频抑制效果降低。而电快速脉冲波形中包含了大量的高频成分。因此，在实际使用时，需要注意调整扼流圈的匝数，必要时用两个不同匝数的扼流圈串联起来，兼顾高频和低频的要求。
    ● （3）采用双绞线作为设备的信号电缆，并在设备信号线接口处（即靠近设备的一端）加套铁氧体磁环，并将信号线在磁环上绕2~3圈对于抗扰能力不是太弱的设备来说，这种措施的效果还是不错的。
    ● （4）信号电缆上安装共模滤波电容。这种滤波方法比扼流圈具有更好的效果，但是需要金属机箱作为滤波电容的地。另外，这种方法对差模信号有一定的衰减，在使用时需要注意。
    ● （5）对敏感电路局部屏蔽。当设备的机箱为非金属机箱，或者电缆的屏蔽和滤波措施不易实施时，干扰会直接耦合进电路，这时只能对敏感电路进行局部屏蔽，屏蔽体应该是一个完整的六面体，在实际应用中还要重点关注与外部电路的连接线，例如LCD屏和TP的FPC连接线需要与背部金属板屏蔽连接，引出的信号线接口外壳和进入的带PE的电源线都单带与一个金属平面（滤波地）相接。

● 具体电路分析

• ● 根据建立的EFT模型分析，我们的设备是没有金属外壳接地，这时接地点和地平面阻抗显得尤为重要，干扰进入设备后对各电容进行冲击，电荷积累，一般完整的地平面，两点间在100MHz下的阻抗为3mΩ，这种情况下，TTL可以承受600A的脉冲电流，（600Ax3mΩ=1.8V），若没有良好完整的地平面，高频干扰信号将穿过电路板通过寄生电容到地，当脉冲群4KV以下有80A流过GND/POWER平面，一般1cm长的缝隙会有10nH的寄生电感，则
  ● U=LdI/dt=10*80/5=160V
  ● 将产生工作电压10倍以上的电压，这是电路IC不能接受的，因此在设计PCB或系统时，既要使干扰电流不通过公共的接地回路影响其他电路还要保证完整的地平面。
  ● 接下来我们分析下联发科平板的电路：
  ● 这里可以看出充电使用Type-C接口，电流5A，电源与地通过一个共模电感与内部系统隔开，但是信号线却没有任何防护！！其他对外接口也是这样设计的。干扰信号可以沿着这些信号线传导到电路敏感区。
  

• ● 接下来分析一下PCB的布局布线,图中三个箭头处是输入电源（红色）、地（棕色）、信号（绿色），首先这个地线经过共模电感后只连到电池IC的EP，然后再经过共模电感连到电池的GND，地网络在中间转换了两次，VBUS电源走了那么长的线，也没有对应的低阻抗回流路径，并且差分信号线，没有对应的地回流；
  

• ● 找了一个同类型的datasheet，发现这个地的设计确实有问题（功率地与电池地保持一致）；
  

• ● 由于要改板先用效果较好的高通平板替代认证，高通平板电路如下：电源（红色）是进入到核心板中，由核心板控制对电池的充电，GND（棕黄色）只有外壳地与内部地两个，在入口处由共模电感隔开，USB的接口EMC处理也极好，在其整改上可分两个步骤实验测试。
  ● （1）将USBHUB及其输入输出所有电路模块屏蔽包地，排除空间干扰，并引导共模电流跳过电路敏感区；
  

• ● （2）将脉冲群干扰的输入接口的地连接一块金属板平铺于设备内部，用做滤波地，这个如果不行，还可以在输入口处加滤波器，地接到这个滤波地；
  

● 测试结果

• ● 第一次测试：（未整改前）联发科平板和高通平板都可以通过空间干扰，但是插上电源线充电后马上USB断开，更换500V测试电源线无法通过，测得USBPHY的复位端信号电压有脉冲干扰（5V左右）；现场整改：去掉USBPHY的复位晶体管，强上拉为不复位，没有改善，在电路中可以测到50ns的30V左右的峰值脉冲，空间上是15V左右，连接线和磁环，屏蔽都试了，无改善，输入口引出的地接金属件L+N可以通过，但是PE通不过；

• ● 正负500V 5KHz电源线测试，这个时候USB也会断开，测试电路板上的脉冲约5V左右
  

• ● 正负2KV 5KHz空间测试，这个时候USB也会断开，测试电路板上的脉冲约15V左右
  

• ● 正负2KV 5KHz电源线测试，这个时候USB会断开，测试电路板上的脉冲约30V左右
  

• ● 第二次测试：按照步骤1，将USBHUB及其外围USB电路用铜箔屏蔽包地，再去测试发现可以通过了，后续的方案也没来得及尝试，后续有机会再做补充；