电子设备EFT测试与性能分析

电子科技大学 硕士学位论文 电子设备EFT测试与性能分析 姓名：牛海君 申请学位级别：硕士 专业：电磁场与微波技术 指导教师：王园
20100501
摘要
摘要
在目前的电子产品中，大都存在着各种各样的电磁干扰。这些电磁干扰不仅 影响到电子设备的正常工作，而且会造成电子设备中某些元器件的损害，降低了 电子设备的ＥＭＣ性能。本文从电快速瞬变脉冲群试验（ＥＦＴ）出发，探讨了ＥＦＴ对 电子设备性能的影响。
ＥＦＴ实验是众多ＥＭＣ实验中的重要一项，是目前电子产品在“３Ｃ＂认证中 比较难以通过的一项实验。ＥＦＴ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｆａｓｔ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）是指电快速瞬变脉冲群，
电子科技大学硕士学位论文
它是一种电磁骚扰源。闪电、接地故障或切换电感性负载等都会对电子系统产生 电快速瞬变脉冲群骚扰。它的特点是骚扰信号不是单个脉冲，而是一连串的脉冲 群。一方面由于脉冲群可以在电路的输入端产生积累效应，使骚扰电平的幅度最 终可能超过电路的噪声容限。另一方面脉冲群的周期较短，每个脉冲波的间隔时 间较短，当第一个脉冲波还未消失时，第二个脉冲波紧跟而来。对于电路中的输 入电容来说，在未完成放电时又开始充电，因此容易达到较高的电压，这样对电 路的正常工作影响甚大。
ａｂｏｕｔ ＥＦＴ，ａｎｄ ｇｉｖｅ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍｓ．
Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，Ｉ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｆａｓｔ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｂｕｒｓｔ ｆｒｏｍ ｉｔｓ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｃｏｕｐｌｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅａｎｓ．Ｗｅ ｈａｖｅ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｈｉｐ’Ｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ， ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ＥＭＣ ｔｅｓｔ ｂｏａｒｄ ｆｏｒ ＩＣ－ｌｅｖｅｌ ＥＭＣ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅｎ Ｉ ｄｏ ｔｈｅ ＥＦＴ ｔｅｓｔ ｆｏｒ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ’Ｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｂｏｕｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｆａｓｔ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｂｕｒｓｔ ｔｅｓｔ（ＥＦＴ）．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，Ｉ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ａｂｏｕｔ ｓｏｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｉｃｓ ｏｆ ＥＦＴ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ··ｌｅｖｅｌ ｔｅｓｔ ａｎｄ ＩＣ··ｌｅｖｅｌ ＥＦＴ；ｗｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ
１．２综述及相关概念简介
电磁兼容（ＥＭＣ）是指一切电气、电子设备在共同的电磁环境中能一起执行 各自功能而不减低其性能的能力【３】。
电磁兼容通常包含三个基本要素，即为干扰源、敏感体和耦合路型４１。在电路
中，通常是由于干扰源发出的电磁干扰能量，经过媒介将影响到敏感设备，使其 正常工作受到影响，这一作用过程构成了电磁干扰效应，其中干扰能量的的传输 途径我们称之为耦合路径。图１．１给出了电磁干扰过程的示意图。
２００１年１２月，我国颁布了《强制性产品认证管理规定》，英文全称为“Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｐｕｌｓｏｒｙ Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ＇’，英文缩写简称为“ＣＣＣ＂，也就是我们通常所知道的“３Ｃ＂ 认证。３Ｃ认证对大部分产品的安全性能、电磁兼容性、防电磁辐射等方面都作了 详细的规定。从２００２年５月１日开始，国家相关部门开始接受审查第一批列入强 制性产品目录的认证申请，包括了设计安全、电磁兼容性、环境保护总共要求的 １９大类、１３２种产品【２】ｏ对于没有获得电磁兼容认证证书和没有加施“ＣＣＣ’’强制 性认证标识的产品，不能够进入市场。通过这一举措，将进一步促进全民的电磁 兼容性意识，同时也将推动电磁兼容技术的ＦＴ对芯片所造成的损伤，提出 了一种对慢速干扰信号起作用的ＥＦＴ保护电路，并进行了仿真优化，并且总结了 一些版图上和电路上常用的防止和抑制芯片Ｌａｔｃｈ ｕｐ现象的有效措施。
最后，对整改后的设备和芯片分别再次进行ＥＦＴ测试，验证整改方案。
关键词： 电磁干扰，电磁兼容，印制电路板，集成电路，电快速瞬变脉冲群
签名：
日期：如／幺≠∥月弘日
论文使用授权
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在电子设备或系统进行３Ｃ认证时，衡量其电磁兼容性能好坏的主要依据就是 电磁兼容测试结果。电磁兼容测试，就是在试验中模拟电子设备或系统在实际工 作环境中所发生的一些骚扰和干扰【２】。如果一般电子产品设计时不考虑电磁兼容问 题，就会导致电磁兼容测试失败，从而不能通过相关法规的认证。即使这种产品 应用到实际工作环境中，也会出现一些实际上的应用问题。在试验中我们也经常 发现一些产品在电磁兼容项目认证方面很难一次性通过，需要多次重复整改才能 通过认证。这就要求我们加强对电磁兼容的认识，在产品研发阶段就要重视电磁 兼容设计。
Ｆｉｎａｌｌｙ，Ｉ ｄｏ ｔｈｅ ＥＦＴ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｈｉｐ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｏ ｖａｌｉｄａｔｅ ｍｙ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｌａｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＥＭＩ，ＥＭＣ，ＰＣＢ，ＩＣ，ＥＦＴ
ＩＩ
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。
目前，电磁兼容性已经成为衡量电子、电气产品整体质量性能的一个重要指 标。它不仅可以反映出设备本身的工作安全性和运行可靠性；而且还可判断是否 会对其他设备和系统的正常工作造成影响；而且与现在日益受关注的电磁环境保 护问题密切相关【１】。为此国际社会和各国政府、组织纷纷颁布了一些相应的国际公 约、政府法规和管理制度、规范来应对电磁兼容问题，社会舆论和各种媒体也纷 纷介绍电磁兼容的重要性。
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃａｕｓｅ ｓｏｍｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｄａｍａｇｅ．Ｔｈｉｓ ｃａｌｌ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ＥＭＣ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，Ｉ ｄｉｓｃ：ｌｌｓｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
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导师签名：量！司
日期：抄少年石月尹日
第一章绪论
第一章绪论
１．１研究的背景
近年来，随着科学技术的飞速发展，人们在生产、生活中使用的电气、电子 设备越来越广泛。但是由于这些设备的电子电路集成程度越来越高，工作频段越 来越宽泛，在工作中经常会有意或无意的产生一些有用或无用的电磁能量，这些 能量很可能会干扰到其他设备的正常工作，从而使得设备所面临的电磁干扰问题 越来越复杂，使得许多技术人员和管理人员越来越重视电磁兼容设计问题。
本文首先从系统级ＥＦＴ试验和ＩＣ级ＥＦＴ试验两方面出发，详细介绍了ＥＦＴ 实验的一些基础知识，对电快速瞬变脉冲群的测试方法和测试系统进行详细的介 绍，并且给出了测试系统的搭建标准和实例。
其次对电快速瞬变脉冲群从其频谱、耦合机理、干扰途径、实现抗ＥＦＴ干扰 的措施手段等方面分别进行了介绍和探讨。在进行芯片的ＥＦＴ测试前，分析了芯 片的技术资料，进行ＩＣ级电磁兼容测试板的设计与制作。
然后对设备和芯片分别进行了系统级和ＩＣ级的ＥＦＴ测试。根据测试数据和电 路原理图，分析了设备和芯片的失效原因。
一方面对设备的控制板ＰＣＢ进行干扰分析，在布局布线等版图优化和电路设 计方面提出了一系列的整改意见；对整个设备的接地方式进行了分析，找出了接 地所存在的电磁兼容风险；还对电源输入端口干扰抑制和设备中的光电隔离问题 进行了分析，提出了整改措施；同时还给出了软件设计抗扰方面的参考方案。
ｇｉｖｅｎ ａｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｇｒａｍ．
Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｏ ｓｏｍｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＥＭＣ ｏｆ ＩＣ，Ｉ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｆｏｒ ｃｈｉｐ ｆｍｌｕｒｅ，ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅ ａｎ ＥＦＴ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｔ ｔｈｅ ｌａｓｔ Ｉ ｓｕｍｍａｒｉｚｅ ｓｏｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｌａｔｃｈ ｕｐ ｍｅａｓｕｒｅｓ．
２０世纪９０年代以来，随着我国国民经济和电子高新科技产业的飞速发展，在 航空、航天、通信、电子、军事等相关部门，电磁兼容都受到了广泛的关注，并 且投入了相当大的财力和入力，建立了一大批电磁兼容试验和测试中心以及电磁 兼容性实验研究室，引进了许多现代化的电磁干扰和敏感度自动测试系统和实验 设备【１】。同时社会上也成立了一些电磁兼容相关技术组织和质量服务机构。
电快速瞬变脉冲群骚扰源的电压的大小取决于负载电路的电感，负载断开速 度和介质的耐受能力。这类骚扰电压的特征是：幅值高、频率高。当触点断开时， 电感电路中的电流企图继续通过，在触点之间产生高压，并引起电弧的重燃，这 样就会产生一连串的电压脉冲叠加到继电器及装置连接的电源上。电快速瞬变脉 冲群骚扰电压主要是共模电压。它是通过电容耦合间接传输至其它电路，当由一 个电路的电压产生的电场和第二个电路的导体交链时就会产生电容耦合。
２
第一章绪论
图１—１电磁干扰过程
在实际设备中，如果这三个要素缺少任何一个，都不会出现电磁兼容问题。 从这个关键点出发，可总结出防止电磁干扰的三种方法为：