2.4 典型共模干擾在產(chǎn)品內(nèi)部傳輸?shù)臋C(jī)理

以電快速瞬變脈沖群測試為例，對(duì)于電源接口的電快速瞬變脈沖群測試，電快速瞬變脈沖群干擾信號(hào)是通過耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)中的33nF的電容耦合到主電源線上的；對(duì)于信號(hào)接口或I/O接口的電快速瞬變脈沖群測試，電快速瞬變脈沖群干擾信號(hào)是通過容性耦合夾中100～1000pF的電容耦合到信號(hào)線或I/O線上的。IEC61000-4-4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電快速瞬變脈沖群的干擾波形為5ns/50ns（50ns為脈沖半峰值時(shí)間），重復(fù)頻率為5kHz，脈沖持續(xù)時(shí)間為15ms，脈沖群重復(fù)周期為300ms；ISO7637-2標(biāo)準(zhǔn)中的P3a和P3b波形規(guī)定的電快速瞬變脈沖群的干擾波形為5ns/100ns～5ns/200ns（100～200ns為10%脈沖幅度之間的時(shí)間），重復(fù)頻率為10kHz，脈沖持續(xù)時(shí)間為10ms，脈沖群重復(fù)周期為100ms。單個(gè)電快速瞬變脈沖干擾波形的頻譜主瓣在100MHz以內(nèi)，即它的頻譜是5kHz～100MHz的離散譜線，每根譜線的距離是脈沖的重復(fù)頻率。

可見，施加干擾的耦合電容扮演了一個(gè)高通濾波器的角色，因?yàn)殡娙莸淖杩闺S著頻率的升高而下降，那么干擾中的低頻成分不會(huì)被耦合到被測設(shè)備上，而只有頻率較高的干擾信號(hào)才會(huì)進(jìn)入被測設(shè)備。試驗(yàn)表明，電快速瞬變脈沖群的干擾一般不會(huì)損壞產(chǎn)品電路，但因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)部電路都有相應(yīng)的電平和噪聲承受能力，侵入產(chǎn)品內(nèi)部的外來共模噪聲在產(chǎn)品內(nèi)部會(huì)轉(zhuǎn)化成差模干擾電平，一旦這個(gè)差模干擾電平超過了電路、器件的某種容限，就可能導(dǎo)致電路不能正常工作，使受干擾設(shè)備工作出現(xiàn)故障，如程序混亂、數(shù)據(jù)丟失、邏輯回路不正常工作、數(shù)字系統(tǒng)的位錯(cuò)、系統(tǒng)復(fù)位、內(nèi)存錯(cuò)誤以及死機(jī)等，使產(chǎn)品性能下降或功能喪失。一旦對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行人工復(fù)位，或?qū)?shù)據(jù)重新寫入芯片，在無電快速瞬變脈沖群干擾信號(hào)的情況下，產(chǎn)品又能正常工作。

電快速瞬變脈沖群干擾信號(hào)的帶寬約為70MHz，以高頻干擾為主要成分，其能量雖小，但是由于其頻率高使干擾的“穿透力”很強(qiáng)。這種“穿透力”表現(xiàn)為通過各種寄生參數(shù)傳導(dǎo)：

從傳導(dǎo)“穿透”的角度分析，在進(jìn)行電快速瞬變脈沖群等抗擾度測試時(shí)，需要把相應(yīng)的瞬態(tài)干擾施加到被測設(shè)備的電源線、信號(hào)線或者機(jī)箱等位置。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生電快速瞬變脈沖群等干擾問題的最主要原因是，電快速瞬變脈沖群干擾電流以共模的形式從電源系統(tǒng)或I/O接口流入產(chǎn)品內(nèi)部，然后進(jìn)入PCB，再從接地線或電纜、PCB對(duì)地的寄生電容，形成共模干擾電流回路。

當(dāng)干擾共模電路流經(jīng)集成電路或者信號(hào)線時(shí)，如果敏感的信號(hào)線或者器件，例如復(fù)位信號(hào)、片選信號(hào)、晶體等，正好放置在干擾電流路徑范圍內(nèi)，就可能引起被測設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的下降，如干擾音頻或視頻信號(hào)，或者引起通信誤碼等；也可能引起系統(tǒng)復(fù)位，停止工作，甚至損壞器件等。由此可見，為了研究被測設(shè)備能否通過電快速瞬變脈沖群測試，就必須首先找出電快速瞬變脈沖群干擾在系統(tǒng)內(nèi)部的電流路徑，再找出該路徑周圍存在哪些敏感的信號(hào)線和器件（敏感點(diǎn)），之后可以采取改變產(chǎn)品架構(gòu)或改善接地系統(tǒng)等方式以改變電流路徑，或者移動(dòng)敏感信號(hào)線和器件的位置等方法。一般情況下，一塊PCB上只會(huì)存在少量的敏感點(diǎn)，而且每個(gè)敏感點(diǎn)也會(huì)被限制在很小的區(qū)域內(nèi)。在把這些敏感點(diǎn)找出來并采取適當(dāng)?shù)拇胧┖螅湍芴岣弋a(chǎn)品的抗干擾性能。

因此，受試設(shè)備受到的干擾實(shí)際上是可見參考的傳導(dǎo)與不可見寄生參考的傳導(dǎo)（即輻射耦合）。中國國內(nèi)的著名EMC專家錢振宇先生在其一篇《電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)的重復(fù)性和可比性》的文章中是這樣描述的：“注入產(chǎn)品內(nèi)部的干擾電流強(qiáng)弱還和被測設(shè)備與參考接地板之間的相對(duì)距離有關(guān)（它反映了受試設(shè)備與接地板之間的分布電容），被測設(shè)備離參考接地板越近，則分布電容就越大（容抗越小），反之亦反。由此可見，試驗(yàn)用的電源線長短，電源線離參考接地板的高度，乃至電源線與受試設(shè)備的相對(duì)位置，都可成為影響試驗(yàn)結(jié)果的因素。因此，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性和可比性，注意試驗(yàn)配置的一致性就變得十分重要。”

另外，電快速瞬變脈沖群干擾單個(gè)脈沖的能量較小，單個(gè)脈沖也許不足以對(duì)設(shè)備中的正常工作信號(hào)疊加而造成故障，但脈沖群干擾信號(hào)具有對(duì)設(shè)備線路結(jié)電容充電的特性，當(dāng)結(jié)電容上的能量積累到一定程度之后（即電壓上升到一定的程度之后），就可能引起線路（乃至系統(tǒng)）的誤動(dòng)作。這一點(diǎn)也說明測試時(shí)脈沖群中脈沖個(gè)數(shù)的增加會(huì)增大干擾的強(qiáng)度，因此表現(xiàn)在試驗(yàn)現(xiàn)象中，線路出錯(cuò)會(huì)有個(gè)時(shí)間過程，而且會(huì)有一定的偶然性（不能保證間隔多少時(shí)間線路一定出錯(cuò)，特別是當(dāng)試驗(yàn)電壓達(dá)到臨界點(diǎn)附近時(shí)）。很難判斷究竟是分別施加脈沖，還是一起施加脈沖，設(shè)備更容易失效，也很難下結(jié)論設(shè)備對(duì)于正向脈沖和負(fù)向脈沖哪個(gè)更為敏感。實(shí)踐表明，一臺(tái)設(shè)備往往是某一條電纜線，在某一種試驗(yàn)電壓，對(duì)某個(gè)極性特別敏感。實(shí)驗(yàn)顯示，信號(hào)線要比電源線對(duì)電快速瞬變脈沖群干擾敏感得多。

由于電快速瞬變脈沖群具有突發(fā)、高壓、寬頻等特征，幾乎可以覆蓋EMC測試中除浪涌、電壓跌落等低頻測試外的大部分頻率，因此電快速瞬變脈沖群測試是高頻EMC測試中的典型代表，特別是那些共模性質(zhì)的EMC測試，其干擾原理都是一致的，唯有干擾源的表現(xiàn)形式和干擾注入方式不同。為了簡化EMC設(shè)計(jì)分析的方法，筆者通過長期實(shí)踐，總結(jié)出一套以EMC測試原理為基礎(chǔ)的產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)分析方法。具體內(nèi)容將在以后的章節(jié)中一一展開。