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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-02-08 08:44
在RE測試中，主要的輻射是共模電流產(chǎn)生的輻射，共模驅(qū)動源在有天線的條件下，幾微安的共模電流就會產(chǎn)生幾十dB的輻射，一般都是由電纜輻射出去。測試中，我們也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，RE實驗若是不通過，CE實驗一般也較難通過，其實共模電流不僅會導致RE問題，也會導致CE問題。當共模電流頻率在150KHz-30MHz范圍內(nèi)，就會導致傳導騷擾問題，共模電流頻率在30MHz-1GHz時，就會導致輻射騷擾問題。同樣差模電流，也會產(chǎn)生輻射發(fā)射和傳導干擾問題，在輻射發(fā)射實驗中差模電流的產(chǎn)生的輻射較小，但在傳導騷擾實驗中，差模電流與共模電流產(chǎn)生的干擾在數(shù)量級上是同等的。
1. 傳導騷擾測試的目的
測試產(chǎn)品從電源端口通過電纜向?qū)ζ渌娫淳W(wǎng)絡(luò)設(shè)備的騷擾。
2. 傳導騷擾測試的配置圖
傳導騷擾測試包括信號線的傳導測試和電源線的傳導測試。本文講述電源線上的傳導測試，下圖是汽車電子產(chǎn)品傳導騷擾布局的側(cè)視圖和頂視圖。
在傳導騷擾測試中，測試設(shè)備DUT通過人工網(wǎng)絡(luò)LISN接到供電電源上，測電源正極時，DUT電源正極與接收機接入一個人工網(wǎng)絡(luò)，電源負極與50Ω終端電阻接入一個人工網(wǎng)絡(luò)，負載線接入負載盒，在汽車電子產(chǎn)品中，負載盒通常是由水泥電阻模擬的喇叭負載，其中LISN的作用如下：
1) 隔離待測試的設(shè)備EUT和交流輸入電源，濾除由輸入電源線引入的噪聲及干擾。
2)EUT產(chǎn)生的干擾噪聲依次通過LISN內(nèi)部的高通濾波器和50 Ω電阻，在50 Ω電阻上得到相應(yīng)的信號值送到接收機進行分析。LISN的內(nèi)部框圖如下：
3. 傳導騷擾測試的本質(zhì)
傳導騷擾的測試實質(zhì)就是測試干擾電流流過50Ω阻抗（人工網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部對地的1KΩ與接收機輸入阻抗50Ω并聯(lián)所得）所產(chǎn)生的壓降。其中流過50Ω阻抗的電流有共模電流和差模電流，差模電流從DUT的一端流出，另一端流回，大小相等，方向相反。共模電流是從DUT的電源正負極同向流出，流入大地，大小相等，方向相同。干擾電流流入人工網(wǎng)絡(luò)的原理圖如下：
4. 電源端口的傳導騷擾
在汽車電子產(chǎn)品中，第一級電源通常是由DCDC構(gòu)成，DCDC開關(guān)電源也是最常見的噪聲源，DCDC電源在開關(guān)過程中會產(chǎn)生電壓和電流的變化，包含了較快的di/dt和dv/dt噪聲分量， 電源噪聲包含了差模噪聲和共模噪聲，其中，差模噪聲主要是由于開關(guān)切換過程中的電流變化di/dt產(chǎn)生，共模噪聲是由電壓變化du/dt產(chǎn)生。DCDC工作時，開關(guān)管的電壓和電流波形如下，從下圖可以看出共模噪聲要比差模噪聲大，所以我們主要分析共模噪聲。
從傳導路徑來說開關(guān)節(jié)點產(chǎn)生的差模干擾通過輸入電容濾波后會直接傳到電源的輸入端，經(jīng)過LISN中的兩個電阻構(gòu)成差模電流回路，共模干擾通過開關(guān)節(jié)點對地的耦合再通過LISN端檢測到。差模的功率電流的回路除了產(chǎn)生傳導干擾也會產(chǎn)生輻射干擾，共模干擾也會產(chǎn)生部分輻射干擾。因此在設(shè)計電路時減小功率開關(guān)的干擾電流，減小差模電流的回路面積，減小開關(guān)管的工作頻率對傳導和輻射都有很大的幫助。
整改對策：
1.優(yōu)化DCDClayout，減小高頻電流回路面積；
2. 電源輸出端口增加LC濾波電路，減小差模電流；
3. 增加屏蔽罩減小開關(guān)節(jié)點與大地之間的耦合電容；
4. LISN中的50Ω阻抗也會在產(chǎn)品輻射出來的磁場中感應(yīng)出共模電流，必要時通過布局減小輻射。
5. 信號端口的傳導騷擾
信號線上的導致傳導騷擾的共模電流與導致輻射發(fā)射的共模電流產(chǎn)生機制一致，只是頻段不同。
在輻射發(fā)射測試中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)當設(shè)備機上控制線，I/O等線纜之后，有些頻率的輻射場強就有很大的提高，即使連接線終端不加負載也是一樣，這是的連接線就變成了天線，再加載了共模驅(qū)動源的條件下會向外輻射電磁能量。共模電流的產(chǎn)生根據(jù)驅(qū)動模式可以分為三種基本驅(qū)動模式：電流驅(qū)動模式，電壓驅(qū)動模式，磁耦合驅(qū)動模式。
1）電流驅(qū)動模式
差模電流（有用信號的電流）信號傳送信號時的回流電流產(chǎn)生的壓降驅(qū)動產(chǎn)生的共模電流叫電流驅(qū)動模式。電流驅(qū)動模式的輻射原理示意圖如下：
UDM是產(chǎn)品內(nèi)部差模電壓源（如各種數(shù)字信號電路，高頻震蕩源等），ZL是回路負載，IDM為回路負載的差模電流，Z為AB兩點之間的阻抗（入地平面不完整，AB間用連接器互聯(lián)等引起的寄生電感Lp），差模電流IDM通過回流地回到差模源，則在AB間阻抗Z上產(chǎn)生的壓降為：UCM=IDM(jωLp)
UCM就是共模驅(qū)動源，有可以理解為地噪聲。外接信號線或電源線的地線，接在帶有共模驅(qū)動源的地平面上，就會產(chǎn)生傳導騷擾和輻射騷擾。輻射的等效圖如下：
這實際上是一副不對稱振子天線，流過天線的電流為：
ICM= jCaωUCM=jCaω* IDM(jωLp)=-ω2LpCa IDM
ω=2πf
式中，ICM為電纜中的共模電流；
UCM為共模驅(qū)動電壓；
Ca為電纜與參考大地之間的寄生電容；
Lp為地回流路徑中的寄生電感；
IDM為有用信號電流大小；
f為電流信號頻率大??；
整改對策：
1.在不影響信號完整性的條件小，增加終端電阻限值信號端差模電流大小。
2.設(shè)計時盡量采用低頻設(shè)計，如減小開關(guān)電源的開關(guān)頻率。
3. 避免開關(guān)電源工作在CCM模式，產(chǎn)生不必要的電壓震蕩，導致過多的輻射和傳導。
4.優(yōu)化地平面設(shè)計。
5. 優(yōu)化線纜接口設(shè)計，增加濾波電容，共模電感等。
2）電壓驅(qū)動模式
工作差模電壓源（有用信號電壓源）通過寄生電容直接驅(qū)動產(chǎn)生的共模電流就是電壓驅(qū)動模式，寄生電容分為兩種一種是電壓源到線纜的寄生電容，一種是電壓源到金屬外殼的寄生電容，電壓驅(qū)動模式輻射原理示意圖如下：
差模電壓源UDM與線纜或金屬外殼之間的寄生電容形成寄生回路，回路中的共模電流通過電纜產(chǎn)生共模輻射，共模電流為ICM=CωUDM，
式中C為PCB中印制線與金屬外殼或電纜之間的寄生電容。
案例分析：
前面講的開關(guān)電源的共模電流就是這種電壓驅(qū)動模式形成的，開關(guān)節(jié)點上的開關(guān)電壓源與大地之間的寄生電容形成寄生回路，回路中的共模電流流過LISN，在50Ω電阻上產(chǎn)生的壓降就是接收機端接收到的干擾信號。印制線與參考地平面之間的寄生電容，可以用下圖估算：
圖中，W為印制線的寬度，H為印制線到地的距離，印制線與參考接地平面之間無其他導電介質(zhì)（如PCB底層印制線與參考地平面之間），曲線的橫坐標為H/W的比值，并且H、W是同一單位，縱坐標為每厘米的電容值。
整改對策：
1.降頻設(shè)計
2. 避免過多的信號振鈴
3. 增加金屬屏蔽，減小耦合電容。
4. 優(yōu)化線纜接口設(shè)計，增加濾波電容，共模電感等。
3）磁耦合驅(qū)動模式
工作差模信號（有用信號）回路產(chǎn)生的磁場與電纜及金屬外殼或印制板地等組成的寄生回路產(chǎn)生磁耦合時產(chǎn)生的共模電流就是磁耦合驅(qū)動模式。磁耦合驅(qū)動模式產(chǎn)生共模電流的輻射原理圖如下：
差模工作信號在小型回路H中流動時，電纜，金屬外殼，印制板的地及寄生電容組成的大回路S耦合到了小回路H中的信號，使電纜中帶有共模電流信號，從而產(chǎn)生共模輻射或傳導。
整改對策：
1.減小高頻電流回路面積。
2. 優(yōu)化線纜接口設(shè)計，增加濾波電容，共模電感等。
6．總結(jié)
傳導騷擾中，分為兩種傳導騷擾，一種是電源線的傳導騷擾，一種是信號線的傳導騷擾，電源線與信號線的傳導騷擾只是共模驅(qū)動源的頻率不同。
共模驅(qū)動源根據(jù)驅(qū)動模式分為三種，電流驅(qū)動模式，電壓驅(qū)動模式和磁耦合驅(qū)動模式，根據(jù)三種共模電流產(chǎn)生的機制不同，找出對策是解決傳導騷擾問題的關(guān)鍵。
來源：電磁兼容EMC
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