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本文主要舉例分析產(chǎn)品內(nèi)部信號(hào)線與電源線混合布線造成的EFT/B測(cè)試超標(biāo)現(xiàn)象、原因分析，解決措施，思考與啟示。

 

1、現(xiàn)象描述:

 

某直流放大器產(chǎn)品, 在進(jìn)行電源端口的電壓為1kV的EFT/B測(cè)試時(shí), 放大器出現(xiàn)飽和 現(xiàn)象而失效?

 

有關(guān)EFT/B測(cè)試的原理，可以參考之前的文章《EMC 測(cè)試實(shí)質(zhì)之共模傳導(dǎo)性抗擾度》

 

2、原因分析：

 

該直流放大器安裝在一塊PCB上, 為了安裝方便, 整塊PCB通過一條電纜與其他電路模塊連接起來, 如下圖所示：

這樣, 放大器的輸入/輸出信號(hào)線? 電源線? 地線被捆在一 起, 布置在一根電纜中?

 

根據(jù)磁場(chǎng)感應(yīng)原理, 導(dǎo)體中流動(dòng)的交流電流IL 會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng), 這個(gè)磁場(chǎng)將與鄰近的導(dǎo)體耦合, 在其上感應(yīng)出電壓， 如下圖所示：

受害導(dǎo)體中感應(yīng)電壓由可以由下面的公式來計(jì)算：

 

 U =- MdIL /dt

 

式中M為兩個(gè)系統(tǒng)之間的互感。

 

M取決于騷擾源和受害電路的環(huán)路面積? 方向? 距離, 以及兩者之間有無磁屏蔽? 

 

通?？拷亩虒?dǎo)線之間的互感在0.1~3nH之間? 

 

磁場(chǎng)耦合的等效電路相當(dāng)于電壓源串接在受害者的電路中?

 

通常兩個(gè)電路之間有無直接連接對(duì)耦合沒有影響, 并且無論兩個(gè)電路對(duì)地是隔離的還是連接的, 感應(yīng)電壓都是相同的?

 

同時(shí), 導(dǎo)體上的交流電壓UL 產(chǎn)生電場(chǎng), 這個(gè)電場(chǎng)與鄰近的導(dǎo)體耦合, 并在其上感應(yīng)出電壓 ,如下圖所示：

 

 

在受害導(dǎo)體上感應(yīng)的電壓可以由下面的公式計(jì)算 ：

 

U = C × Zi × dUL /dt

 

式中, C為線間寄生電容，Zi為受害電路的對(duì)地阻抗?

 

這里假設(shè)線間寄生電容阻抗大大高于電路阻抗?

 

噪聲似乎是從電流源注入的, 其值為 C×dUL / dt?

 

C 的值與導(dǎo)體之間距離? 有效面積及有無電屏蔽材料有關(guān)? 

 

典型例子是兩個(gè)平行絕緣導(dǎo)線, 間隔0.1英寸（2.54mm）時(shí), 其寄生電容大約為50pF/m。

 

未屏蔽的中等功率電源變壓器的初? 次級(jí)間寄生電容為100~1000 pF?

 

寄生電容和互感都受騷擾源和受害導(dǎo)體之間的物理距離的影響? 

 

下圖描述了自由空間中兩平行導(dǎo)線之間的距離對(duì)其線間寄生電容的影響, 以及對(duì)地平面 (為每個(gè)電源提供回流通路) 上兩導(dǎo)體的互感的影響?

 

從圖中可以看出，隨著距離D的增加，其互容和互感都減小。

 

該放大器產(chǎn)品, 由于放大器的輸入/輸出信號(hào)線? 電纜線? 地線在一根電纜中, 而電纜較長(zhǎng), 因此導(dǎo)線之間的互感和線間寄生電容較大?

 

EFT/B 測(cè)試時(shí), 由于EFT/B信號(hào)的高頻成分較多, 干擾能量會(huì)通過導(dǎo)線之間的互感和線間寄生電容耦合到放大器的輸入端? 

 

盡管這個(gè)放大器是直流放大器, 但設(shè)計(jì)者并沒有限制放大器的帶寬, 結(jié)果放大器對(duì)耦合到輸入端的高頻信號(hào)進(jìn)行了放大? 

 

由于放大器的輸入線與輸出線之間也有較大的互感和寄生電容, 因此放大后的輸出信號(hào)又被耦合到輸入信號(hào)線上, 結(jié)果形成正反饋, 導(dǎo)致放大器飽和?

 

寄生電容使放大器飽和的原理如下圖所示：

 

3、處理措施：

 

按照上面的分析, 解決這個(gè)問題可以有兩個(gè)方案?

 

方案一：導(dǎo)線分開

 

首先可以將導(dǎo)線分開, 減小導(dǎo)線之間的互感和寄生電容。

 

特別是將電源線與放大器的輸入/輸出線分開, 并將放大器的輸入/輸出線也分開, 這樣可以避免試驗(yàn)脈沖的能量耦合進(jìn)入放大器的輸入端?

 

方案二：壓縮放大器的頻帶

 

壓縮放大器的頻帶, 使放大器對(duì)耦合進(jìn)輸入端的高頻信號(hào)沒有響應(yīng)? 

 

因?yàn)? 既然是直流放大器, 就應(yīng)該使放大器僅對(duì)直流附近的信號(hào)有放大作用, 對(duì)高頻信號(hào)沒有放大作用?

 

但是考慮到產(chǎn)品實(shí)際現(xiàn)狀, 將導(dǎo)線分開會(huì)影響使用的方便性, 只能通過一條電纜將放大器接入系統(tǒng)?

 

如果更換一個(gè)帶寬較窄的放大器, 雖然可以解決這個(gè)問題, 但是更換器件, 可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)的周期變長(zhǎng)?

 

因此為了解決這個(gè)問題, 應(yīng)在放大器的外圍安裝濾波器件,

 

壓縮放大器的帶寬, 使放大器對(duì)耦合進(jìn)輸入端的高頻信號(hào)沒有響應(yīng)? 

 

頻率較低的信號(hào)耦合效率較低, 不會(huì)造成放大器飽和的問題? 

 

采取措施后的電路如下圖所示：

 

在放大器的輸入端安裝一個(gè)低通放大器, 這樣相當(dāng)于壓縮了放大器的帶寬? 采取這個(gè)措施后, 放大器順利通過了EFT/B ±1 kV測(cè)試?

 

4、思考與啟示：

 

由前面的例子分析我們可以得到如下啟示： 

 

在進(jìn)行放大器電路設(shè)計(jì)時(shí), 在保證功能的前提下, 盡量壓縮電路的帶寬, 不要使用超過需要的帶寬。

 

在進(jìn)行產(chǎn)品布線設(shè)計(jì)時(shí), 要考慮不同信號(hào)線之間的耦合與串?dāng)_問題?