1、問題現象描述

某電力電子自動化控制公司生產制造的智能電力控制設備，依據GB/T17626.4的標準進行電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗時，出現網絡數據傳輸中斷錯誤，具體現象如下：

圖1：網絡數據中斷測試圖示

客戶花費大量時間進行分析調試，仍然無法解決問題，委托我司進行整改，客戶具體測試標準要求如下表所示：（網絡數據傳輸錯誤是無法接受問題）

圖2：客戶測試標準要求

收到客戶郵寄的樣機，在客戶配合指導的前提下，搭建起測試平臺，進行問題確認。確認從電源端口注入EFT干擾，則不會出現網絡數據中斷錯誤的問題；而從信號端口注入EFT干擾，則會出現網絡數據傳輸中斷錯誤的問題，同客戶端測試結果基本吻合，排除試驗場地、測試設備、試驗環境的差異。    

圖3：產品形態圖

2、問題現象分析

EFT干擾測試其實質是共模噪聲注入測試，干擾主要表現形式是共模噪聲電流泄放過程形成的空間場輻射耦合，共模噪聲在參考地平面流動時產生的地電位差，而形成的電場耦合，以及高頻噪聲電流環路形成的環路感應耦合。

圖4：EFT噪聲注入端口  

根據EFT注入干擾的特征，在注入端口線纜上增加不同規格材質的磁環，無明顯改善基本排除共模電流磁場耦合問題；EFT噪聲注入的接地端子移除，衰減EFT噪聲電流改善非常明顯，注入信號端口對PE地增加1000pF濾波電容，問題改善非常明顯。

圖5：EFT噪聲注入接地端子位置

圖6：EFT噪聲注入端口對PE地增加1000pF電容    

信號端口增加不同規格的磁環，無明顯改善，則說明不是共模電流的磁場輻射耦合；在EFT噪聲注入端口增加1000pF電容對參考地，改善非常明顯，說明干擾的主要形式是以電場輻射的方式耦合；考慮到在注入信號端口增加電容，實際生產作業過程中很難實現，對策可行性較低。

圖6：EFT噪聲注入接地端子浮空衰減共模電流

移除EFT測試時接地端子，降低共模電流可以解決，初步分析判斷接地端子附近存在敏感信號，拆機分析時發現系統主控芯片靠近接地端子處，存在電場耦合的風險。    

圖7：EFT噪聲注入接地端子附近是主控芯片

主控芯片屬于敏感電路，容易耦合外部電場干擾，出現網絡數據傳輸中斷問題，電場耦合可以通過增加屏蔽罩進行電場隔離，EFT測試結果PASS，網絡傳輸中斷的問題消失，也可以將主控芯片移離EFT噪聲注入接地端子，減小空間電場耦合。

圖8：主控芯片增加金屬屏蔽罩隔離電場耦合

3、問題產生根因分析

 通過分析試驗驗證，問題產生的根因分析如下：    

  EFT干擾注入在信號線與PE參考地之間形成高頻電位差，存在較強的高頻電場輻射，而控制板的主芯片就處于電場輻射的范圍。在信號線增加對地1000pF Y電容,其本質就是降低信號線在EFT干擾注入時的電位差，其實質就是降低電場輻射，芯片受到的電場輻射噪聲也隨之變小。改變PE地接地位置，信號線對PE地的電場輻射位置也隨之改變，芯片不在電場輻射的范圍內，或者說芯片受到的電場輻射噪聲是在芯片的承受范圍，芯片工作狀態未到任何影響。

圖9：EFT干擾耦合機理示意圖

圖10：移動接地端子后EFT干擾耦合機理示意圖

  產品抗EFT干擾注入測試，其本質上是共模干擾注入測試，雖然干擾頻率相對來說較低（5KHz/100KHz）；但其上升沿非常陡峭（方波），其高次諧波非常豐富（高頻電場）。高頻電壓產生的電場很容易與周圍敏感電路、敏感元件產生感應騷擾電壓，尤其是敏感元件（例如：控制芯片或者芯片散熱片）之間發生的容性耦合，耦合噪聲超過芯片干擾容限時引起其誤動作。此產品控制芯片靠近EFT測試地線時，注入信號與參考地（通常為PE）之間形成的分布電場，干擾到控制芯片引起工作狀態異常。

4、問題解決方案

通過分析驗證，擬定問題的解決方案如下：

問題解決方案（一）：

主控芯片增加金屬屏蔽罩，進行電場屏蔽，減小EFT注入時電場噪聲與控制芯片之間的容性耦合。

圖11：主控芯片增加金屬屏蔽罩

問題解決方案（二）

修改PCB Layout設計，將控制芯片由底層改為頂層，通過PCB板本身的金屬層形成電場屏蔽，解決與注入地線（PE地線）之間的容性耦合問題。    

圖12：主控芯片由底層調整到頂層

以上兩種方案均可以有效解決電快速脈沖群（EFT）測試時，網絡數據傳輸中斷問題，綜合考慮項目改動的影響及項目進度影響，采用問題解決（一）。

5、案例思考與啟示

系統主控芯片通常是輻射發射問題的噪聲源頭，同時也是抗擾度敏感的源頭，外部的干擾噪聲注入形成的空間場干擾，則會在芯片內部產生感應電動勢或者感應電流，當超過的噪聲容限值，就容易導致主控芯片工作狀態異常。不同芯片敏感度不同，敏感點也不同，尤其增加金屬散熱片且散熱片本身浮空，不接地的情況下，更容易感應電場噪聲。

EMS抗擾度測試的干擾機理：主要是地電位波動引起的信號傳輸電平錯誤，二是干擾的注入端口的空間磁場輻射與電場輻射，磁場輻射在敏感環路中容易感應噪聲電流與噪聲電壓，電場輻射容易在敏感環路或者器件感應噪聲電壓。