RK3568行业定制主板脉冲群抗扰度整改方案验证

发表时间:2024-03-13 10:53


1. 试验目的及原理



电快速瞬变脉冲群EFT试验的目的是验证电子设备机械开关对电感性负载切换、继电器触点弹跳、高压开关切换等引起的瞬时扰动的抗干扰能力。这种试验方法是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。容易出现问题的场合有电力设备或监控电网的设备、使用在工业自动化上面的设备、医疗监护等检测微弱信号设备。

2. 试验失败原因分析

2.1       从干扰施加方式分析

对电源线通过耦合/去耦网络施加EFT干扰时,信号发生器输出的一端通过33nF的电容注入到被测电源线上,另外一端通过耦合单元的接地端子与大地相连;对信号/控制线通过容性耦合夹施加EFT干扰时,信号发生器输出通过耦合板与受试电缆之间的分布电容进入受试电缆,而受试电缆所接收到的脉冲是相对接地板而言的。这两种干扰注入方式都是对大地的共模注入方式。因此,所有的差模抑制方法对此类干扰无能为力。

2.2       从干扰施加方式分析

对于一根载有60MHz以上频率的电源线来说,如果长度为1M,由于导线长度已经可以和信号的波长可比,不能再以普通传输线来考虑,信号在线上的传输过程中,部分依然可以通过传输线进入受试设备(传导发射),部分要从线上逸出,成为辐射信号进入受试设备(辐射发射)。因此,受试设备受到的干扰实际上就是传导与辐射的结合。很明显,传导和辐射的比例和电源线长度相关,线路越短,传导成分越多,而辐射比例越小;反之辐射比例就大。单纯对EFT干扰施加端口采取传导干扰抑制(例如加滤波器)方式无法完全克服此类干扰的影响。

2.3       EFT干扰的幅度分析

与其它瞬态脉冲一样,EFT抗扰度测试时施加在被测线缆上的EFT脉冲幅度从几百伏到数千伏。对付此类高压大能量脉冲,仅依靠屏蔽、滤波和接地等普通电磁干扰抑制措施是远远不够的。对此类脉冲应先使用专用的脉冲吸收电路将脉冲干扰的能量和幅度降低到较低水平再采取其他的电磁干扰抑制措施,这样才能使被测设备有效抵抗此类干扰。

3. 通过电快速瞬变脉冲试验对策

EFT干扰有以下几个特点:

l EFT干扰以共模方式侵入敏感设备;

l EFT干扰在传递过程中通过辐射和传导两种方式影响被测设备电路;

l EFT干扰是由一组组的密集的单极性脉冲构成,对敏感设备电路结点的影响具有连续累积性;

l EFT干扰侵入敏感设备的频率覆盖中高频频率段,且电源端口的频谱分量比信号端口低频分量更丰富;

l EFT干扰是一种典型的高压快速脉冲干扰;

l EFT干扰主要通过三种路径影响敏感设备电路:直接通过干扰线传导进入敏感设备电路;通过干扰线辐射到相邻的干扰线,再从相邻干扰线进入敏感设备电路;通过干扰线辐射直接进入敏感设备电路。

针对这些特点,我们采取的对策包括:

l 对直接传导干扰应以共模抑制为主;

l 为抑制传导和辐射两者途径的干扰,我们除对端口线进行滤波外,还需对敏感电路进行屏蔽;

l 为了有效抑制这种密集的单极性脉冲,单纯使用反射型电容、电感滤波会很快饱和,考虑到电源和信号传递RC类的吸收滤波器未必适用,较好的方式是利用高频铁氧体对高频干扰呈阻性,能直接吸收高频干扰并转化为热能的特性,来吸收此类干扰;

l 选择传输线滤波电路应覆盖侵入的EFT干扰的频谱范围;

l EFT类共模的高压快速脉冲干扰,若在干扰通道先采用对地的脉冲吸收器吸收大部分脉冲电压和能量,再配合吸收式共模滤波器,可起到事半功倍的效果;

l 为了对EFT干扰侵入敏感设备的三条路径都有较好的防范,我们除对干扰直接传输通道采取脉冲吸收和滤波,对空间辐射采取屏蔽等措施外,为防止EFT干扰通过空间辐射到非EFT干扰直接侵入的端口线,再从这些端口线侵入敏感设备,应让这些端口线与其他端口线加以空间分隔,并对些端口也采取适当的共模干扰抑制措施。


4. 案例分析

4.1       试验异常现象

RK3568行业定制主板做电源脉冲群抗扰度试验,对电源PE进行干扰时,LVDS显示屏会闪烁,受到电磁干扰,如下图所示。

   

4.1 LVDS屏幕闪烁现象

4.2       异常现象原因分析

4.2可能受干扰点

l   升压板与底部并没有完全隔断,有可能通过底部收到干扰

l   电源强电流与弱电流交叉,会有信号干扰,强电线传输的是交流电源动力,会有较强的干扰谐波,与弱电线布设太近,尤其是平行布设,在没有电磁屏蔽的情况下会产生干扰,影响信号传递。

l   电源前端可以增加磁环,增强抗干扰性。

l   电源前端也需要增加一个压敏电阻,能够对脉冲群的干扰进行一个抑制效果同时也能够吸收掉剩余的电磁干扰。

l   LVDS的信号线防护可能不够强,可以用锡箔纸将信号线包裹住,防止干扰信号窜入。

4.3网口和can

l   网口和can口在做信号线脉冲群时,板级防护不足以抵抗干扰,所以可以在网口和can口线上增加磁环来做防护,便可以在网口和can口增加结构板,在结构板上做防护,将信号干扰隔开不会影响到主板。这种的设计能够很好的做这种防护,也能将接口模块化,如若替换或更改只用整改结构板不用整改底板。

4.4外壳地线

l   因为螺孔都被喷漆,做实验时并没有上螺丝,整体外壳结构存在问题,导致后盖与前盖接触不良,接地的效果并不好,没有形成泄放回路,所以需要在外壳上单独接一个地线出来。

4.3       整改方案

4.5整改点

1.      将弱电源线与底板隔开

2.      电源前端增加磁环保护

3.      电源前端增加压敏电阻

4.      将强电流与弱电流分离开来

5.      将升压板与底部彻底隔开。

6.      LVDS信号线、背光线用锡箔纸包起。

4.6 can口和网口的接口板,将干扰隔离开

4.4       整改结果

4.7整改环境

整改过后,屏闪现象消失,电源脉冲群试验能够正常通过。


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