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本文主要舉例分析某產(chǎn)品出現(xiàn)輻射、傳導(dǎo)抗擾度問(wèn)題的現(xiàn)象、原因分析，解決措施，思考與啟示。

 

1.現(xiàn)象描述:抗擾度測(cè)試的“雙向異常”

 

某產(chǎn)品，有RF (射頻) 功率放大功能，其抗擾度測(cè)試配置圖如下所示：

在抗擾度測(cè)試中上演了一場(chǎng)靈異事件——產(chǎn)品在進(jìn)行電源口傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試（測(cè)試等級(jí)為3V）及殼體輻射抗擾度測(cè)試（測(cè)試等級(jí)為3V/m）時(shí)，機(jī)器出現(xiàn)抽風(fēng)現(xiàn)象。

 

干擾竟讓485通信隨機(jī)抽風(fēng)！監(jiān)控系統(tǒng)像中了邪，七八次異常毫無(wú)規(guī)律，工程師集體抓狂。

 

詭異現(xiàn)象：

 

485監(jiān)控線換屏蔽線+銅箔包裹，異常依舊陰魂不散

 

改布線并輸出端加電容，信號(hào)質(zhì)量反遭毒手

 

0.5μH小共模電感竟成終極救星

 

2.原因分析：差分線的“共模漏洞”

 

第一幕：平行布線的死亡30cm

 

由于進(jìn)行電源線傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試時(shí)出現(xiàn)監(jiān)控信息異常, 所以先從電源線和監(jiān)控線的隔離進(jìn)行對(duì)策? 

 

配置監(jiān)控線? 電源線都是通過(guò)一個(gè)連接器出入的?

 

射頻線均為同軸電纜, 485信號(hào)的監(jiān)控線為普通雙絞線, 電源線為普通電源線?

 

在模塊內(nèi)部, 電源線和監(jiān)控線有一段平行布線, 大概有30cm, 然后各自分配到電源板和監(jiān)控板?

 

為了排除線間耦合的因素, 首先把模塊內(nèi)外的監(jiān)控線通過(guò)裹銅箔并在連接器處接地處理?

 

重新測(cè)試, 無(wú)明顯改善, 上報(bào)異常還是依然出現(xiàn)?

 

之后, 模塊內(nèi)外的監(jiān)控線都改成屏蔽雙絞線, 并在連接器處進(jìn)行接地處理, 測(cè)試結(jié)果有些改善, 但是上報(bào)異常還是出現(xiàn)? 

 

懷疑是模塊內(nèi)部電源線和監(jiān)控線的平行布線距離過(guò)長(zhǎng), 于是在模塊內(nèi)部更換布線方式? 更換布線方式后的設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：

電源線和監(jiān)控線在平行布線后都連到防雷板, 再?gòu)姆览装宸謩e接到電源板和監(jiān)控板。

 

懷疑電源線和監(jiān)控線平行布線過(guò)長(zhǎng)引起的電源口傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試出現(xiàn)異常? 

 

更改了布線, 圖中虛線是更改后的監(jiān)控線布線位置?

 

監(jiān)控線在擋板下布線, 靠擋板來(lái)增加隔離距離?

 

更改布線后, 重新測(cè)試, 并沒有多大改善, 仍然會(huì)出現(xiàn)監(jiān)控信息上報(bào)異常, 證明僅靠增加電源線和監(jiān)控線的隔離作用并不是很明顯? 

 

如此這般，這般如此，只能從電路上想辦法了。

 

在電路圖中，485監(jiān)控電路分TX和RX 兩部分, 監(jiān)控信息上報(bào)的是TX部分?如下圖所示為監(jiān)控部分的電路圖：

圖中485電路中, TX部分走差分信號(hào), 靠繼電器選擇進(jìn)行備份? 差分線上有雙向保護(hù)器件, 還串有匹配電阻?

 

在上圖所示位置加濾波電容 C1 ? C2 , 電容值為 0.1 μF, 重新測(cè)試后, 效果明顯改善?

 

每次傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試中只有2~3次監(jiān)控信息上報(bào)異常? 

 

之后, 加大電容量, 在相同的位置處并聯(lián)多個(gè)0.1μF的電容, 再次測(cè)試后, 發(fā)現(xiàn)通信出現(xiàn)中斷。

 

原因是電容量被加大后, 對(duì)信號(hào)的傳輸質(zhì)量影響過(guò)大? 該模塊485通信信號(hào)頻率為10kHz? 雖然電容有效果, 但是電容會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量? 

 

由以上測(cè)試驗(yàn)證，我們可以推出信號(hào)的干擾路線：

 

[干擾入侵路線]  

 

電源線噪聲 → 30cm平行走線耦合 → 485差分線 → 擊穿保護(hù)器件 → 監(jiān)控通信異常  

 

關(guān)鍵證據(jù)：

 

改用屏蔽雙絞線僅降低一定的異常率

 

0.1μF電容引發(fā)信號(hào)畸變（10kHz通信頻率躺槍）

 

第二幕：共模電感的“電磁太極”

 

那么能不能既消除掉干擾，又能不影響我的信號(hào)呢？此時(shí)，一個(gè)神奇的器件就閃亮登場(chǎng)了。

 

它就是帥氣的“共模電感”。

 

正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響 (和少量因漏感造成的阻尼)。

 

當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時(shí), 由于共模電流的同向性, 會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的感抗, 使線圈表現(xiàn)為高阻抗, 產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果, 以此衰減共模電流, 達(dá)到共模濾波的目的? 

 

理想共模電感對(duì)差模信號(hào)產(chǎn)生的效果為零? 實(shí)際應(yīng)用的共模電感由于漏感的存在, 對(duì)差分信號(hào)會(huì)有一定的影響, 但是遠(yuǎn)小于電容? 

 

最后總結(jié)：

 

差模信號(hào)：兩線圈磁場(chǎng)抵消，暢通無(wú)阻

 

共模干擾：感抗飆升，當(dāng)場(chǎng)格殺

 

漏感控制：＜5%確保信號(hào)完整性

 

3.處理措施：給信號(hào)線請(qǐng)“電磁保鏢”

 

抗擾度改造三步曲

 

串聯(lián)共模電感（0.5μH）：在485線筑起電磁長(zhǎng)城

 

優(yōu)選高飽和電流型號(hào)：應(yīng)對(duì)3A工作電流不磁飽和

 

360°接地處理：連接器處良好接地

 

4.思考與啟示：濾波器的“文武之道”

 

血淚經(jīng)驗(yàn)包

 

差分線≠免疫體：長(zhǎng)距離平行布線照樣中招

 

電容是把雙刃劍：濾波同時(shí)可能閹割信號(hào)

 

電感選型三要素：阻抗曲線、飽和電流、自諧振頻率

 

舉一反三技巧

 

敏感信號(hào)線穿越噪聲區(qū)必加共模電感

 

優(yōu)先選用三線繞制共模電感（增強(qiáng)耦合）（漏感可以做到5%，常規(guī)雙線漏感10%-20%）

 

萬(wàn)用表實(shí)測(cè)電感兩端壓降＜50mV（確保不影響信號(hào)）

 

電感總是與低阻抗部分串聯(lián)， 電容總是與高阻抗部分并聯(lián)， 實(shí)現(xiàn)阻抗失配，從而達(dá)到濾波目的。