定位和测量 EFD 和 ESD 突发干扰源

大多数电子产品必须通过电快速瞬变（EFT）和静电放电（ESD）标准测试。EFT 和 ESD 是两种突发干扰。EFT信号的单脉冲峰值电压可达4kV，上升沿为5ns。另一方面，在上升时间为 1ns 的接触放电测试中，ESD 信号的峰值电压可高达 8kV。两种类型的突发干扰都具有爆发性、高电压和广谱性。

因此，当干扰脉冲从外部耦合到设备内部时，同时监控设备的工作模式就显得尤为重要。如果设备没有通过标准测试，测试本身无法提供任何可行的解决方案。

为了确定被测设备容易受到突发干扰的位置，需要提前进行信号测量。然而，使用示波器可能会导致内部干扰发生变化。将金属导体探头连接到示波器可能会产生额外的干扰电流路径，影响测试结果并导致难以定位ESD或EFT相关问题。

EFT/ESD 干扰

在进行 EFT/ESD 抗干扰测试时，应对电源线、信号线或外壳施加相应的突发干扰。

图1：将金属导体探头连接到示波器可能会产生额外的干扰电流路径。

干扰电流可能通过电缆或外壳流入EUT的内部电路并削弱其性能。电子产品的抗干扰特性取决于IC的敏感性和PCB设计。可以准确定位电路中易受EFT/ESD信号影响的位置。敏感点的形成可能是由 GND/VCC 的形状或所使用的 IC 类型引起的。当干扰电流流向低阻抗电源系统时，就会发生 EFT/ESD。

干扰电流可以直接进入GND系统并通过线路连接从另一个位置耦合出来——它可以进入GND系统并通过金属块（例如外壳）的电感应以电场方式（场束）耦合出来。如下图 2所示，干扰脉冲电流 (I) 通过电缆或电容器穿透 PCB。

干扰电流产生电场干扰（电场强度E）或磁场干扰（磁场强度B）。磁脉冲场 ( B ) 或电脉冲场 ( E ) 主要影响 PCB。敏感点通常是由磁场或仅由电场引起的。我 流入设备。 由于旁路电容的存在和内部干扰电流（Ii）的减少，一部分 电流（ IA ）离开EUT 。

干扰电流Ii产生的磁场B可能会影响其周围几厘米范围内的一些电路模块。在一般电路模块中，只有少数信号线容易受到B场的影响。注意，磁场不仅由电源线和排线的干扰电流产生，而且还由旁路电容（C）的电流路径以及内部GND和V CC的电流产生，这会扩大干扰。范围。

图2：干扰脉冲电流通过电缆或电容器穿透PCB。

流经电源系统的干扰电流会产生非常强烈的频谱电动势，会对周围几厘米内的IC或信号线产生干扰。干扰电流路径周围存在易受影响的信号线或设备（例如复位信号、片选信号或晶体）可能会导致系统变得不稳定。

一般来说，敏感点的数量有限。您可以通过应用一些解决方案来检测它们并提高产品的抗干扰性能。

为了确定EUT在EFT/ESD测试中失败的原因，我们首先应该定位系统中突发干扰的当前路径，并找出该路径周围存在哪些易受影响的信号线和器件（敏感点）。然后我们应该改进接地系统，改变电流路径，或者移动易受影响的信号线和器件的位置，以尽可能小的成本解决EFT/ESD问题。

E1抗扰度

由于EFT/ESD信号电压高、频谱宽，使用传统的示波器和频谱分析仪很难测量干扰电流的路径。E1抗扰度开发系统专门用于测量EFT/ESD并解决相关问题。

E1系统由四个基本部分组成： SGZ21，提供突发干扰信号源；MS02瞬变磁场探头；电场和磁场源组；以及IC传感器。

SGZ21。SGZ21产生的连续干扰脉冲与EFT/ESD的干扰脉冲类似，上升沿时间为2ns，下降沿时间为10ns。脉冲中包含的能量比EFT/ESD脉冲小，因此可以将干扰耦合到EUT内部PCB而不损坏任何元件。

图3：E1抗扰开发系统组成图。

SGZ21输出的脉冲信号具有连续变化的脉冲幅度，统计平均分布峰值为0～1500V。该方法可以特别快速地评估模块与传感器的抗扰度。为此，发生器中包含一个带有光输入的计数器。

SGZ21 具有电气隔离（无 PE 参考）和对称输出。干扰脉冲以交替极性电容耦合。这允许多种耦合不变量，例如：

1. 通过将两个发生器输出直接连接到 EUT 的 GND 系统，可以通过 GND 系统的各个部分馈送干扰电流。

2. 干扰电流可以注入GND并通过VCC返回。

3. 干扰电流可以注入变压器、发射器或光耦合器的初级侧并通过次级侧返回。

瞬态磁场探头MS02。流经 EUT 的干扰电流会产生磁场。根据磁场的强度和方向可以确定干扰电流的分布。

MS02瞬态磁场探头是无源的，如果通过光纤连接到SGZ21计数器的输入端，则可以根据计数器的读数来检测爆发电动势的相对强度。如果检测到磁场脉冲，MS02将发出光脉冲，可以从SGZ21计数器中读取；读数值与平均磁强度成适当比例。

由于只能检测到穿过探头回路的磁力线，因此我们可以旋转探头以获得计数值，在该值下我们可以检测到磁力线的方向。磁力线方向确定后，就很容易检测出干扰电流的方向。

电场和磁场源组。 将信号源的电输出更改为 EMF。场探头组包括不同形状和尺寸的磁场和电场探头，分辨率小于1毫米。它们可以连接到SGZ21的输出。为了定位电路敏感点的准确位置，我们应该向接地系统、电源系统、集成电路、引脚、分立元件、关键电线电缆和连接器注入干扰。

使用SGZ21信号源和瞬态磁场探头找到干扰电流的路径后，我们还可以使用探头判断是否有易受影响的信号线或设备；如果是设备，我们必须检查它是设备的哪个引脚。E1中的一些场源可以产生磁场，而另一些场源可以产生电场，因此我们可以确定EUT容易受到哪种干扰场的影响。

用于磁敏度检测的 IC 传感器。 IC 传感器专为评估电路修改的有效性而设计。它可以诱发突发干扰对数字逻辑的影响，甚至可以通过光纤将干扰情况传输到计数器。E1抗扰开发系统配置了不同类型的EMC传感器，可以检测关键信号线、电源、 PCB 上的接地、电缆和连接器。E1抗干扰

E1抗扰开发系统模拟设备内部的干扰过程。采用不同的方法将干扰电流、电场和磁场直接注入电子模块。确定PCB的电磁弱点后，我们就可以了解耦合机制并优化设计。

由于系统无法按照一定标准进行兼容性测试，建议对EUT进行标准的抗干扰测试，以确定并分析问题根源。因此，我们可以使用 E1 在产品开发现场评估设计的修改和改进。我们还可以在标准抗干扰测试下重新显示功能故障，然后确认和评估路径耦合I/O。

以下是使用 E1 抗扰度开发系统测量和定位 EFT/ESD 的一般步骤：

步骤#1：检查EUT 的每个电路模块。这包括作为单个 PCB 块、PCB 之间的互连电缆以及PCB 内的电路功能模块。取一块PCB或电路的一部分，直接向该模块的GND注入干扰。

步骤#2：通过连接两个极来注入干扰。 将SGZ21信号源的两个输出分别连接到电路模块的GND，以确定其是否容易受到磁场的影响。如果在此模式下EUT出现预期的功能故障，我们可以断定存在一些敏感点，这些敏感点对GND两个节点之间的干扰电流路径周围的磁场敏感。

步骤#3：在单极连接模式下注入干扰。将SGZ21信号源的 一个输出端口连接到电路模块的GND，另一个连接到EUT外壳——可以使用电场源来模拟外壳。然后我们可以找出它是否对电场敏感。

在单极连接下，功能故障可能是由EUT和场源探头（在电场中）引起的，或者电流流向电场产生磁场，该磁场耦合到信号环路并引起故障。

为了区分它们，我们必须在EUT的GND和附近的金属物体之间建立一个非常短的低阻抗连接，以排除电场的影响；如果给定的功能故障没有发生，我们可以断定它是由电场或磁场引起的。

步骤#4.通过广泛的故障定位和电路的敏感特性来确认敏感点。 您可以通过瞬态 EMF 探头测量 EUT 内部爆发磁场的相对强度和干扰电流的方向。

使用该装置，您可以在检测到模块故障并测量电流路径后，发现EUT内哪里存在突发磁场，EUT内部干扰电流是如何产生的，是否存在干扰电流场源。首先根据之前的测量结果选择场源，决定采用磁场还是电场。

步骤＃5。根据检测到的“电流路径”，沿着干扰电流方向的路径向EUT注入干扰。 E1抗干扰开发系统配备了九种不同分辨率的场源。

选择场源时，由大面积到小面积进行；选择强度时，缓慢移动探头，从远处接近EU，以确认敏感点的位置。

步骤#6：修改电路以提高EUT的抗干扰性能。E1抗干扰开发系统中应用的先进脉动率测量可以帮助及时评估电路修改的有效性。在脉动率测量中，需要SGZ21发生器和传感器。SGZ21 生成峰值电平低色散的无序脉冲信号。

因此，需要一个发生器来确保与计数器同步。例如，一旦在信号线上检测到任何干扰，EUT 内部用于监控易受影响的信号线的传感器将发出光脉冲。SGZ21 计数器将指示光脉冲。在完整的交替信号序列（1s）中检测到的光脉冲的计数值代表干扰阈值的位置——EUT的敏感性。

如果在一个完整的交替脉冲序列中检测到11个脉冲，则干扰阈值为u1。这意味着如果注入电压为u1的突发干扰，该区域就会受到干扰。如果检测到三个脉冲，则干扰阈值为u3 。检测到的脉冲越少，模块的设计就越好。一个代表性的应用是测量滤波器的波形。

将SGZ21产生的干扰电流注入EUT，测量对EUT的干扰信号，同时读取SGZ21计数器上的计数值。修改滤波器后再次测量并比较两次测量结果，您可以看到您的设计修改是否有效。

步骤#7：进行抗扰度测试时，快速检测EUT内部的功能故障。 EUT 的问题通常从外部看不出来，需要一段时间后才会被发现。例如，即使EUT内部的处理器被冻结，屏幕上仍然显示正常信息。为了有效定位故障，需要使用S31传感器来提供EUT功能的相关信息。

我们可以用它来监控看门狗开路的后置触发信号和片选信号来管理EUT的工作模式。脉冲计数器可用于判断设备是否正常工作。

您还可以将光纤输出连接到光纤接收器，后者将光信号转变为电信号，然后连接到示波器进行观察和分析。功能故障 总线系统或接口

中的数据流总能反映系统的运行状态。然而，通过示波器或逻辑分析仪进行监控可能既耗时又昂贵。确定系统运行状态的一种更快、更简单的方法是使用 SGZ21 计数器。

由于数据的内容是可变的，并且计数器与数据包不同步，因此计数器上的值会发生变化。但是，它仍然可以反映EUT的工作模式，以便工程师评估设备的工作模式。

例如，EUT复位后，记录的值代表重新启动时的工作模式。这样，工程师可以在传输数据时查看EUT是否已重置或是否需要重新发送。它们还可以检测免疫测试过程中由干扰引起的其他问题。

如果干扰脉冲出现在EUT程序的关键阶段（例如接口传输数据时），则可能会出现功能故障。功能故障的发生频率取决于EUT的结构。因此，为了避免或地减少EUT的功能故障，我们在进行测量时必须确保有足够的时间并且电压电平正确。

如果我们在EUT内部安装传感器，特别是在干扰阈值与时间无关的位置，我们可以将传感器的计数值作为敏感性的参考。该方法专门用于评估滤波器和屏蔽的效果。

IC 对干扰的敏感性与传感器不同。因此，随着干扰电压的增加，EUT 可能会遇到干扰，而换能器却不会，反之亦然。在这种情况下，我们必须建立EUT和传感器之间的干扰阈值关系；只有当我们修改屏蔽或滤波器时，相对关系才稳定。

使用传统方法很难测量EFT/ESD等突发、高压和广谱干扰。如果电子产品遇到EFT/ESD相关问题，工程师可以依靠以往的经验来解决。E1抗扰度开发系统为工程师提供了一种新的有效测量方法，可以帮助定位电路中的敏感点。通过设计修改，EUT可以以尽可能低的成本通过相关的EMC标准测试。