电子设备EFT测试与性能分析.pdf

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1、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E M C 性能。本文从电快速瞬变脉冲群试验(E F T)出发，探讨了E F T 对电子设备性能的影响。本文首先从系统级E F T 试验和I C 级E F T 试验两方面出发，详细介绍了E F T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

2、电快速瞬变脉冲群从其频谱、耦合机理、干扰途径、实现抗E F T 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E F T 测试前，分析了芯片的技术资料，进行I C 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I C 级的E F T 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P C B 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

3、。另一方面对试验芯片进行失效分析，分析了E F T 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E F T 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L a t c hu p 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E F T 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A B S T R A C TA B S T R A C TT h e r ea r em o s tk i n d so fe l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e

4、i nt h ee l e c t r o n i cp r o d u c t s T h ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c en o to n l yc a l la f f e c tt h en o r m a lo p e r a t i o no fe l e c t r o n i ce q u i p m e n t，b u ta l s oc a u s es o m ec e r t a i nc o m p o n e n t sd a m a g e T h i sc a l lr e d u c e

5、t h eE M Cp e r f o r m a n c eo fe l e c t r o n i ce q u i p m e n t I nt h i sp a p e r,Id i s c：l l s sa n da n a l y s i st h ee l e c t r o n i ce q u i p m e n t Sp e r f o r m a n c ea b o u te l e c t r i c a lf a s tt r a n s i e n tb u r s tt e s t(E F T)I nt h i sp a p e r,Id e s c r i b

6、 ei nd e t a i la b o u ts o m eo ft h eb a s i c so fE F Te x p e r i m e n tf r o mt h es y s t e m l e v e lt e s ta n dI C l e v e lE F T；w ei n t r o d u c et h et e s tm e t h o da n dt e s ts y s t e ma b o u tE F T,a n dg i v et h es t a n d a r d sa n de x a m p l e so ft h et e s ts y s t

7、e m s S e c o n d l y,Ia n a l y s i st h ee l e c t r i c a lf a s tt r a n s i e n tb u r s tf r o mi t ss p e c t r u m，c o u p l i n gm e c h a n i s m，i n t e r f e r e n c em e a n s W eh a v et oa n a l y z et h ec h i p St e c h n i c a li n f o r m a t i o n，d e s i g nt h eE M Ct e s tb o

8、a r df o rI C-l e v e lE M Cb e f o r et h et e s t T h e nId ot h eE F Tt e s tf o rt h ee q u i p m e n ta n dc h i p，t of i n dt h es e n s i t i V ea r e a sa n dt h ec a u s ef o rf a i l u r eb ya n g l i c i z i n gt h et e s td a t aa n dc i r c u i ts c h e m a t i c so ft h ee q u i p m e

9、n t A f t e ra n g i i c i z i n gt h er o u t eo p t i m i z a t i o na n dc i r c u i tl a y o u td e s i g no ft h eP C B，Ip u tf o r w a r das e r i e so fr e c t i f i c a t i o n A n dIa n a l y s i st h eg r o u n d i n go ft h ee n t i r ed e v i c et oi d e n t i f yt h er i s ko fe l e c t

10、 r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t yf o rt h eg r o u n d，t h e nt oa n a l y s i st h ei n t e r f e r e n c es u p p r e s s i o no nt h ep o w e ri n p u tp o r ta n dt h eo p t i c a li s o l a t i o no ft h ee q u i p m e n t，t h e nIg i v es o m ep r o p o s e dc o r r e c t i v em e

11、a s u r e s S o f t w a r ed e s i g n sa r ea l s og i v e na sar e f e r e n c ep r o g r a m I no r d e rt od os o m er e s e a r c h e sf o r t h eE M Co fI C，Ia n a l y s i st h er e a s o n sf o rc h i pf m l u r e，d e s i g na n ds i m u l a t ea nE F Tp r o t e c t i o nc i r c u i t A tt h

12、el a s tIs u m m a r i z es o m em e a s u r e su s e dt op r e v e n ta n ds u p p r e s st h ep h e n o m e n o no fe f f e c t i v eL a t c hu pm e a s u r e s F i n a l l y,Id ot h eE F Tt e s tf o re q u i p m e n ta n dc h i pa f t e rt h er e c t i f i c a t i o n，t ov a l i d a t em yr e c t

13、 i f i c a t i o np l a n s K e y w o r d：E M I，E M C，P C B，I C，E F TI I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。签名：日期：如幺月弘日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论

14、文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：量!司日期：抄少年石月尹日第一章绪论1 1 研究的背景第一章绪论近年来，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

15、越来越重视电磁兼容设计问题。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。2 0 世纪9 0 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

16、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。2 0 0 1 年1 2 月，我国颁布了强制性产品认证管理规定，英文全称为“C h i n aC o m p u l s o r yC e r t i f i c a t i o n ，英文缩写简称为“C C C ，也就是我们通常所知道的“3 C 认证。3 C 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2 0 0 2 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

17、了设计安全、电磁兼容性、环境保护总共要求的1 9 大类、1 3 2 种产品【2】o 对于没有获得电磁兼容认证证书和没有加施“C C C 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深入发展。E F T 实验是众多E M C 实验中的重要一项，是目前电子产品在“3 C 认证中比较难以通过的一项实验。E F T(E l e c t r i c a lF a s tT r a n s i e n t)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

18、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。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

19、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。在电子设备或系统进行3 C 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

20、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。1 2 综述及相关概念简介电磁兼容(E M C)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4 1。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。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，

21、可总结出防止电磁干扰的三种方法为：1 抑制干扰源的发射2 尽可能使耦合路径无效3 使敏感体对发射不敏感在电子产品设计中，为了获得良好的电磁兼容性能和成本比，对产品进行电磁兼容设计是十分必要和重要的。电磁兼容设计一般指在产品的设计过程中，采用一定的设计技巧和额外的技术手段来提高产品的电磁兼容性能(包括了产品的抗干扰设计和产品的抗骚扰水平)，并且能在一定的电磁环境中按照产品的设计期望正常工作【4】。电磁兼容设计一般是指在产品的设计过程中，采用了一定的设计技巧和额外的技术手段来提高产品的电磁兼容性能(包括了产品的抗干扰设计和产品的抗骚扰水平)，并且能在一定的电磁环境中按照产品的设计期望正常工作【4】

22、。大多数产品的电磁兼容性能是设计赋予的。电磁兼容设计一般从两个方面来分析5 1：首先，应该在研发前期就考虑电磁兼容设计。如果产品设计前期不考虑电磁兼容问题，仅仅寄希望于测试阶段解决(通常表现为通过整改来解决设计成型产品的电磁兼容问题，这样大量的人力和物力都背投入在后期的测试验证、整改阶段)。这样的话，即使产品整改成功，大多情况下还是会由于整改设计电路原理、印制电路板设计、结构模具等等各方面的变更，导致研发费用大大增加，产品整个周期大大延长【4 1。只有在前期设计过程中就考虑和预测电磁兼容问题，把电磁兼容变成一种可控制的设计技术，并行和同步于产品功能设计的过程，才能在尽可能短的周期里面把产品设计

23、好。图1 2 给出了产品的电磁兼容设计费效比。3电子科技大学硕士学位论文效费比和可采取的措施电路结构封装屏蔽滤波软件概念设计产品市场阶段图1-2 产品的费效比曲线其次，要使设计的电子产品一次取得良好的E M C 性能，就需要提高产品设计工程师的E M C 经验与意识问题。共同参与产品设计的所有工程师，要去实现E M C专家在产品设计过程中，所提出的意见，要领会、理解E M C 专家所提出建议的奥妙，并与各自领域的设计特点相结合，将所有的E M C 问题的萌芽都消灭在产品设计阶段【5 1。再次，企业自身要建立一套规范的E M C 设计体系和设计分析方法，即在研发流程中融入E M C 设计分析及风

24、险评估的过程，在产品设计的各个阶段进行E M C的评估和分析控制，把可能出现的E M C 问题在研发前期就进行考虑，并预测E M C测试的失败风斟5 1。针对可能出现的E M C 问题进行前期充分考虑，并找到解决档案，从而确保产品设计结束后能够一次性通过测试和验证。1 3 国内外发展状况电磁兼容技术设计的频率范围宽达0 至4 0 0 G H z，研究的对象出来传统设施外，还涉及到芯片级，直到各型舰船、航天飞机、洲际导弹，甚至整个地球的电磁环境。目前各国都非常注重电磁兼容的研究和发展，研究的热点领域也越来越宽泛。早在1 9 4 4 年德国电气工程师协会制定了世界上第一个电磁兼容性规范V D E

25、0 8 7 8，接着美国在1 9 4 5 年颁布了军用规范J A N l 2 2 5，到上世纪8 0 年代，美国、德国、日本、前苏联、法国等经济发达国家在电磁兼容研究和应用方面达到了较高的水平。主要研究及应用的内容包括电磁兼容标准和规范的制定、E M C 分析、设计和测试理论及方法的研究，E M C 分析与测量用仪器、设备及众多应用材料的研制与应用等。已研制出多种高精度的电磁干扰及电磁敏感度自动测量系统，4第一章绪论开发出多种计算机分析和预测软件用于系统内和系统间电磁兼容性设计，形成了一套较为完整的设计体系。电磁兼容性已成为产品可靠性保证中的重要组成部分。我国开展E M C 工作较晚，陆续颁布

26、了些E M C 设计要求、测试方法等国家标准和国家军用标准，但具体的设计规范仍很缺乏。电磁兼容工作渗透到每一个电气电子系统及设备中，只有通过总体设计部门管理协调，才能解决电磁兼容性问题。目前的E M C 正朝着高可靠性方向发展，其应用范围越来越广，已经渗透到了社会的每一个角落。我国于1 9 6 6 年由第一机械工业部制定了第一个电磁干扰部级标准船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量方法与允许值【6】。到2 0 世纪8 0 年代初，我国开始了有组织、系统地研究并制订了一系列的国家级和行业级的电磁兼容性标准和规范。2 0 0 4 年7 月，国际电工委员会(I E C)颁布了I E C 6 1 0

27、0 0-4-4：电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，新标准和I E C 6 1 0 0 0-4 4：1 9 9 5 相比，测试频率大大提高，试验更加严酷。我国对应的E F T 标准为G B l 7 6 2 6 4。通常运行中的电子、电气设备大多伴随着电磁能量的转换，对通信系统、控制系统和计算机系统为主干的电子系统(尤其在集成电路方面)产生了巨大的负面影响。这主要是因为集成电路极易受射频影响并可能会以有害的方式影响检波信号，通常会导致原设计的功能失效，并且可能会危及安全。另外，在集成电路设计中要求具有低的电磁能量辐射及高的敏感度。因此，提高集成电路的电磁兼容性已成为当今的研究重点之

28、一，当今集成电路的电磁兼容性也越来越受到重视。电子设备和系统的生产商努力改进他们的产品以满足电磁兼容规范，降低电磁发射和增强抗干扰能力【6】。过去，集成电路生产商关心的只是成本问题，应用领域和使用性能，几乎很少考虑电磁兼容的问题。集成电路的尺寸很小，过去单片集成电路通常不会产生较大的辐射，但它还是经常成为电子系统辐射发射的来源。比如，大量的数字信号瞬间同时切换时便会产生许多的高频分量，这些高频分量通过连接到集成电路的数据线或者电源线辐射【6】。而近年来，集成电路的频率越来越高，几百z 甚至几G H z 的工作频率使得集成电路本身成为一个辐射体。集成的晶体管数目越来越多，集成电路的电源电压越来越

29、低，加工芯片的特征尺寸进一步减小，越来越多的功能，甚至是一个完整的系统都能够被集成到单个芯片之中，这都使得芯片级电磁兼容问题显得尤为突出，所以关于芯片级电磁兼容方面也因此变得越来越重要。集成电路的电磁兼容是一个相对较新的学科，尽管对于电子设备及子系统已经有了较详细的电磁兼容标准，但对于集成电路来说其测试标准却相对滞后。国5电子科技大学硕士学位论文际电工委员会第4 7 A 技术分委会(I E CS C 4 7 A)早在19 9 0 年就开始专注子集成电路的电磁兼容标准研究。此外，北美的汽车工程协会也开始制定自己的集成电路电磁兼容测试标准S A E J l 7 5 2，主要是发射测试的部分。1 9

30、 9 7 年，I E CS C 4 7 A 下属的第九工作组W G 9 成立，专门负责集成电路电磁兼容测试方法的研究，参考了各国的建议，至今相继出版了1 5 0 k H z-1 G H z 的集成电路电磁发射测试标准I E C 6 1 9 6 7和集成电路电磁抗扰度标准I E C 6 2 1 3 2。m c(N 际电工委员会)W G 9 正在开发I C级抗E F T 干扰的测试方法(C 6 2 2 1 5 3，一个新的提议项)，但是到目前为止还没有标准的测试方法出现【_ 丌。所以，现在业界各研究单位和公司都有其自身的测量设备，并且根据自己或客户要求的不同对芯片级的E F T 测试采用各不相同的

31、测试方法。在本论文中，对该设备所采用的主要芯片进行了I C 级的E F T 测试。1 4 课题来源和主要工作本课题是实习所在公司的某种电子设备的E F T 测试整改子项目。在初次进行系统级E F T 测试时，该设备没有通过E F T 测试，在测试中出现了很多功能性异常现象，诸如自动重启、死机、电路被烧毁等特征。为了使该产品最终能够通过E F T测试，我们对该产品进行了必要的电磁兼容分析。依据测试数据和分析结果，对该设备进行了电磁兼容整改。另一方面为了进行了芯片方面的电磁兼容研究，探讨E F T 干扰对芯片电磁兼容性能的影响，我们对该设备所采用的芯片进行了芯片级的E F T 测试。针对测试中芯片

32、出现的各种错误现象，进行了芯片的失效分析，结合测试数据与分析结论对芯片的E F T 保护电路模块进行重新优化设计和仿真，并且总结了芯片抗E F T 干扰的一些常用措施。最后对整改后的设备和芯片再次分别进行了E F T 测试，并对两次的测试结果进行了分析比较。在著写论文期间，笔者系统地学习了关于E F T、集成电路和电磁兼容方面的资料，且较为系统地研究了系统级与I C 级E F T 测试的理论和实践操作，并参与了该设备的E F T 性能整改和芯片的失效分析与优化设计。在此项目中，本人的主要工作如下所述：1 依据相关的E F T 电磁兼容测试标准，建立E F T 测试环境，并进行E F T 测试系

33、统的搭建。(本论文包括系统级和I C 级两种测试系统)2 对该产品首先进行了系统级E F T 测试，并对测试数据进行分析。6第一章绪论3 设计制作了相关芯片的电磁兼容测试板，然后对芯片进行I c 级E F T 测试，并对测试数据进行分析。4 对设备和芯片分别进行电磁兼容设计，提出电磁兼容设计方案。5 对整改后的设备和芯片再次进行测试验证。1 5 本文的组织结构本论文共分为六章：第一章为绪论，介绍了本课题的研究背景、意义、来源和本人所参与的主要工作。第二章为E F T 测试原理和测试系统，分别介绍了系统级和I C 级E F T 测试的基本原则和标准，介绍了E F T 的测试方法，并给出了这两套测

34、试系统的组建图。第三章为E F T 耦合机理分析，介绍了E F T 干扰的相关基础知识，分析了E F T干扰耦合路径和耦合机理，并且给出了对于E F T 干扰的一些常用抑制措施。第四章为E F T 测试和分析，一方面介绍了对该设备进行的系统级E F T 测试和芯片进行的I C 级E F T 测试，对两者的测试数据进行了分析。另一方面介绍了关于芯片电磁兼容测试板制作方面的理论和规范，给出了本论文所用芯片测试板的设计与制作实例。第五章为电子设备E F T 设计，依据第四章的测试结果，一方面对设备控制板的电路板进行了电磁兼容分析，查找板上的敏感区域，从而对该设备进行了板级整改，提出整改意见。同时还对

35、产品的接地进行了分析，提出了整改方案。并且对软件方式抗扰进行了介绍，给出了一些常用的软件抗扰手段。另一方面对芯片的失效原因进行了阐述，提出了E F T 保护电路方案，并进行了仿真。最后对整改后的设备和芯片再次进行E F T 测试，验证方案的可行性。第六章为全文总结，对本论文的主要工作和结论进行了总结，并且讨论了下一步的工作方向。电子科技大学硕士学位论文第二章E F T 测试原理与测试系统电快速瞬变脉冲群抗扰度试验(E r：T 实验)的目的是验证电气和电子设备对一切来自切换瞬态过程的各种类型瞬变骚扰的抗扰度。电快速瞬变脉冲群抗扰度试验标准：国家标准：G B T 1 7 6 2 6 4国际标准：I

36、 E C 6 1 0 0 0 4 _ 42。1 系统级E F T 测试2 1 1 系统级E F T 测试基本概念E U T 受试设备。D U T：受试装置。端口：受试设备和外部电磁环境的特殊接口。瞬态：在两相邻稳定状态之间变化的物理量或物理现象，其变化时间小于所关注的时间尺度【7 1。上升时间：脉冲瞬时值首次达到1 0 峰值的瞬时与随后达到9 0 峰值的瞬时之间的时间间隔。(对骚扰)抗扰度：装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。耦合夹：在与受试线路没有任何电连接的情况下，以共模形式将干扰信号耦合到受试线路的、具有规定尺寸和特性的一种装置【7 1。脉冲群：一串数量有限的清晰脉冲或一个

37、持续时间有限的振荡。2 1 2 系统级E F T 测试实验设备2 1 2 1 实验等级在I E C 6 1 0 0 0 4 4 和G B T 1 7 6 2 6 4 中，将电快速瞬变脉冲群抗扰度试验分为四个实验等级网。在表2-1 中列出了进行电快速瞬变脉冲群试验时应优先采用的试验等级的范围及分类【8 1。第二章E F T 测试原理与测试系统表2 1E F T 实验等级开路输出试验电压(1 0)和脉冲的重复频率(2 0)供电电源端口，I o(输入输出)信号、数据和控制端口实验保护接地(P E)等级电压峰重复频电压峰值k V重复频率k H z值k V盔k H z10 550 2 S52150 55

38、32515442 525特定特定特定特定是一个开放等级，在专用设备技术规范中必须对这个级别加以规定。2 1 2 2 实验设备1 电快速瞬变脉冲群发生器电快速瞬变脉冲发生器的作用是产生电快速瞬变脉冲群，并把电快速瞬变脉冲群耦合到电子设备的电源端口、信号端口、控制端口【8】o 本文测试中所选用脉冲发生器的是S C H A F F N E RN S G3 0 2 5F a s tT r a n s i e n tB u r s tG e n e r a t o r。脉冲发生器的性能参数：开路输出电压范围(在储能电容器两端的电压)：0 2 5 k V(1 1 0)q k V(1+1 0)发生器应该能在

39、短路的条件下工作。在接5 0Q 负载时的运行特性。最大能量：4 m J 脉冲(在2 K v，接5 0 f 2 负载时)极性：正极性、负极性动态源阻抗：5 0(1 2 0)Q(在1 M H z 和I O O M H z 之间)发生器内的隔直电容：1 0 r t F与供电电源的关系：异步对带有一个5 0(终端负载的电快速瞬变脉冲群发生气要进行校验的特性：脉冲的上升时间：5(1 3 0)1 1 5脉冲持续时间(5 0 值)：5 0(1 3 0)r l$脉冲的重复频率和输出电压的峰值：0 1 2 5 k V 时为5(1 2 0)k H z0 2 5 k V 时为5(1 2 0)k H z9电子科技大学

40、硕士学位论文O 5 k V 时为5(1+2 0)k H z1 0 k V 时为5(1+2 0)k H z2 0 k V 时为5(1+2 0)k H z图2-1 接5 0 Q 负载时单个脉冲的波形出u 一高压源；辟一充值电阻；C c 储能电容器：足一脉冲持续时间成形电阻，一阻抗匹配电阻，C r D 一隔直电容图2-2 快速瞬变脉冲群发生器电路简图2 交直流电源端口的耦合去耦网络采用耦合去耦网络能够在不对称条件下把试验电压施加到受试设备的电源端口【引。耦合网络的特性参数：频率范围：1 M H z 1 0 0 M H z耦合电容：3 3 n F耦合衰减：3 0 d B耦合电容的绝缘耐受能力：5 k

41、V(试验脉冲：1 2 5 0 t s)在不对称条件下的去耦衰减：2 0 d B1 0第二章E F r 测试雁理与测试系统。l 1，蚪r牛|P 划+L!南口，。1L、Jf L I叶l_，：l I=二Jt P【t t“f。i 一-I耵一一J图2-3 用于交流，直流电源瑞口，端子的耦合，去耦网络3 容性耦舍夹容性耦合夹是一种在与受试设备各端口的端于、电缆屏蔽层或受试设备的任何其他部分无任何电连接的情况下吧电快速瞬变脉冲群耦合到受试线路上的设备n图2 4 给出了容性耦合夹的机械结构图。圄2 4 容性耦台夹的机械结构213 系统级E F T 测试系统的组建试验条件：包括气候条件和电磁条件。1 气候条件应

42、该按照I E C 6 8-1 的标准气候条件进行试验。环境温度：1 5 C 一3 5。C相对湿度：2 5-7 5 电子科技大学硕士学位论文大气压力：8 6k P a(8 6 0 m b a r 卜1 0 6k P a(1 0 6 0 m b a r)受试设备应在其预期的气候条件下工作。2 电磁条件为了不影响试验结果，实验室的电磁条件应能够保证受试设备的正常工作。-f 圈2-5 也快遮瞬变脉冲群抗扰度试验框图卜耦台夹与E U T 之间的距离不虚太于l m A-电源线耦台位置B 一信号线耦台位置圈2-6 用于实验室型式试验的一般试验配置3 供电电源端口图2 7 给出了经过耦合去耦网络直接耦合电快速

43、瞬变脉冲群骚扰电压的试验配置的实例。第二章E F T 测试原理与测试系统厂i=Lo。亭簋=苷孛“-一，图2-7 用于实验室试验的试验电压直接耦合到交流，直流电源端口端于的试验配置4 1 0 端口和通信端口图2-8 的实例表明如何使用容性耦合夹把骚扰试验电压施加到l o 端口和通信端口。图2-8 用于实验室试验的利用窖性耦台夹进行试验的试验配置22 芯片级E F T 测试2 21 芯片级E F T 测试介绍在测试时，我们将干扰脉冲注入到芯片的每个引脚【”】，观察芯片的运行状况电子科技大学硕士学位论文通过衡量芯片每个引脚的抗扰性能来表征芯片的整体电磁兼容性能图2-92 1 0 E F T 电流波形

44、和脉冲示意斟参考了I E C6 1 0 0 0 0 4 4 中所规定的的E F T 干扰脉冲的相关参数，我们给出了用于I c 级E F T 测试时的E F T 干扰脉冲的特性参数表，如表2 2 所示。表22 芯片级E F T 特性参数脉冲波形特征E F T脉冲群(持续时间1 5 m s，重复周期单脉冲或脉冲群3 0 0 m s)上升时间j n s持续时间5 0 n s噪声带宽9 0 删z峰值电流4 0 A能量数量级1 0 4 J2 22 芯片级E F T 测试系统本论文选用了L a n g e r E M V-T e c h n i k 公司生产的L a m g e r I C E F T I

45、 m m u n i t y 观4 试系统。第二章E V f 测试原理与测试系统G I l D 由参考接地面图2 1 0 P r o b e2 0 0 系列示意图6 1 1 9 出参考槲崎圈2-1 1P r o b e3 0 0 系列示意图在进行E F T 测试时，我们通过P 2 0 1 和P 3 0 1 两种探头把E F T 脉冲耦台到芯片的各个引脚上面，P 2 0 1 和P 3 0 1 施加方式如图2 1 0，图21】所示。在实际试验中，P 3 0 1 一般用于对所有引脚的测试，P 2 0 1 则是用于对电源和地引脚的测试。这是由2 种探头不同的特性参数所决定的。表2 3 给出了P 2 0

46、 1 和P 3 0 1 的特性参数。电子科技大学硕士学位论文表2-3P r o b e 2 0 1 与P r o b e 3 0 1 特性参数探头P r o b e2 0 1P r o b e3 0 1源电感2n H5 0 n H源电阻1Q1 0 0Q源电容1 2UF1 8p F输出电压范围0 5 3 5V5 5 0 0V脉冲上升时间1 5 n s1 5 n s脉冲宽度b n s2 0 n s为了加深对P 2 0 1 和P 3 0 1 的认识和区别，我们检测了两者在不同负载条件下的脉冲波形，如图2-1 2，2-1 3 所示。P r o b e2 0 1，B u r s tj虹砸巫I 圃C h

47、2H 垮h1 0 2 6VC f j。C h 2H I g h4 1 S 2V2 6J a n2 0 0 51 l i：S 6：1 9图2 1 2P r o b e2 0 1 在不同负载情况下的波形C h 3n s o t J m e1 a S 8 n sC h 3f s f f t l m o7 2 1 5 n sC h 3M“4 6 9 0V2 SN o v2 0 0 71 3：3 9：1 6图2 1 3P r o b e3 0 1 在不同负载情况下的波形第二章E F T 测试原理与测试系统223 芯片级E F T 测试系统的组建L a n g e rI cE F TI m m u n i

48、 t y 测试系统的简化模型如图2 一1 4 所示。图2-1 4 L o n g e r I C E F T h a m a v i t y 测试系统模型根据上面所述，我们组建了I c 级E 丌测试的测试平台。图2 1 5 给出了I c 级E F T 钡4 试系统圈。图2-1 5 I C 级E F T 测试系统图从图2 1 5 中，可以看出，该系统主要包含：主机、B P S 2 0 1、探头(脉冲信号发生器)、测试平面、检测板等等。在测试过程中各组成部分的作用是：主机用于控制并设置探头(脉冲信号发生器)的各种参数”：同时还用于向芯片中写入检测程序；B P S 2 0 1 为探头的电源控制组件：

49、探头为脉冲信号发生器，产生实验所需要模拟的干扰脉冲信号，并将电子科技大学硕士学位论文其耦合至芯片的各个引脚上面【1 1】；被测芯片焊接在其电磁兼容测试板上面，然后安装于连接板上，测试时放置于参考平面上面；检测板用于检测反映试验中的各种现象，通过指示板上的L E D 灯来观测芯片的测试状况【1 1】。芯片I C 级E F T 测试流程为：1 建立I C 级E F T 测试环境，搭建测试系统。2 分析芯片的技术资料，制作芯片的电磁兼容测试板。3 编写试验所用检测程序，并将程序写入被测芯片的F l a s h 中【1 2】。4 进行测试，观察芯片的测试状况。5 进行测试数据的分析和整理。在检测指示板

50、上面，分布着5 个L E D 灯，这5 个L E D 灯通过线缆连接在连接板上。在试验中，当芯片出现不周的运行状况时，就会通过L E D 的闪烁来表现出来。我们就通过试验中这5 个L E D 灯的闪烁情况来对试验结果进行分类：1 只有L E D 0 和L E D l 灯闪烁时，程序没有发生错误，芯片工作正常。2 只有L E D 2 闪烁，对D U T 重新上电后，芯片工作恢复正常。3 只有L E D 3 和L E D 4 闪烁，包含两种现象。一种情形为干扰脉冲施加停止后，芯片恢复正常；另一种情形为手工拨动R E S E T 开关后，芯片工作恢复正常n 2 1。上述2 和3 两种情形都表征为芯片