4.2.3.2 接地設計：

　　一旦發生了靜電放電，應該讓其盡快旁路人地，不要直接侵入內部電路。例如內部電路如用金屬機箱屏蔽，則機箱應良好接地，接地電阻要盡量小，這樣放電電流可以由機箱外層流入大地，同時也可以將對周圍物體放電時形成的騷擾導入大地，不會影響內部電路。

　　對金屬機箱，通常機箱內的電路會通過I/O 電纜、電源線等接地，當機箱上發生靜電放電時，機箱的電位上升，而內部電路由于接地，電位保持在地電位附近。這時，機箱與電路之間存在著很大的電位差。這會在機箱與電路之間引起二次電弧。使電路造成損壞。通過增加電路與外殼之間的距離可以避免二次電弧的發生。當電路與外殼之間的距離不能增加時，可以在外殼與電路之間加一層接地的金屬擋板，擋住電弧。

　　如果電路與機箱連在一起，則只應通過一點連接。防止電流流過電路。線路板與機箱連接的點應在電纜入口處。

　　對塑料機箱，則不存在機箱接地的問題。

　　4.2.3.3 電纜設計：

　　一個正確設計的電纜保護系統可能是提高系統 ESD 非易感性的關鍵。作為大多數系統中的最大的“天線”— I/O 電纜特別易于被ESD 干擾感應出大的電壓或電流。從另一方面，電纜也對ESD 干擾提供低阻抗通道，如果電纜屏蔽同機殼地連接的話。通過該通道ESD 干擾能量可從系統接地回路中釋放，因而可間接地避免傳導耦合。為減少ESD 干擾輻射耦合到電纜，線長和回路面積要減小，應抑制共模耦合并且使用金屬屏蔽。對于輸入/輸出電纜可采用使用屏蔽電纜、共模扼流圈、過壓箝位電路及電纜旁路濾波器措施。在電纜的兩端，電纜屏蔽必須與殼體屏蔽連接。在互聯電纜上安裝一個共模扼流圈可以使靜電放電造成的共模電壓降在扼流圈上，而不是另一端的電路上。兩個機箱之間用屏蔽電纜連接時，通過電纜的屏蔽層將兩個機箱連接在一起，這樣可以使兩個機箱之間的電位差盡量小。這里，機箱與電纜屏蔽層之間的搭接方式很重要。強烈建議在電纜兩端的機箱與電纜屏蔽層之間360°搭接。

　　4.2.3.4 鍵盤和面板：

　　鍵盤和控制面板的設計必須保證放電電流能夠直接流到地，而不會經過敏感電路。

　　對于絕緣鍵盤，在鍵與電路之間要安裝一個放電防護器（如金屬支架），為放電電流提供一條放電路徑。放電防護器要直接連接到機箱或機架上，而不能連接到電路地上。當然，用較大的旅鈕（增加操作者到內部線路的距離）能夠直接防止靜電放電。鍵盤和控制面板的設計應能使放電電流不經過敏感電路而直接到地。采用絕緣軸和大旋鈕可以防止向控制鍵或電位器放電。現在，較多的電子產品面板采用薄膜按鍵和薄膜顯示窗，由于該薄膜由耐高壓的絕緣材料構成，可有效防止ESD 通過按鍵和顯示窗進入內部電路形成干擾。另外，現在大多數鍵盤的按鍵內部均有由耐高壓的絕緣薄膜構成的襯墊，可有效防止ESD 的干擾。

　　4.2.3.5 電路設計：

　　設備中不用的輸入端不允許處于不連接或懸浮狀態，而應當直接或通過適當電阻與地線或電源端相連通。

　　一般來說，與外部設備連接的接口電路都需要加保護電路，其中也包括電源線，這一點往往被硬件設計所忽視。以微機為例來講，應該考慮安排保護電路的環節有：串行通信接口、并行通信接口、鍵盤接口、顯示接口等。

　　濾波器（分流電容或一系列電感或兩者的結合）必須用在電路中以阻止EMI 耦合到設備。如果輸入為高阻抗，一個分流電容濾波器最有效，因為它的低阻抗將有效地旁路高的輸入阻抗，分流電容越接近輸入端越好。如果輸入阻抗低，使用一系列鐵氧體可以提供最好的濾波器，這些鐵氧體也應盡可能接近輸入端。

　　在內部電路上加強防護措施。對于可能遭受直接傳導的靜電放電干擾的端口，可以在I/O 接口處串接電阻或并聯二極管至正負電源端。MOS 管的輸入端串接100kΩ電阻，輸出端串接1kΩ電阻，以限制放電電流量。TTL 管輸人端串接22～100Ω電阻，輸出端串接22～47Ω電阻。模擬管輸入端串接100Ω～100kΩ，并且加并聯二極管，分流放電電流至電源正或負極，模擬管輸出端串接100Ω的電阻。

　　在I/O 信號線上安裝一個對地的電容能夠將接口電纜上感應的靜電放電電流分流到機箱，避免流到電路上。但這個電容也會將機殼上的電流分流到信號線上。為了避免這種情況的發生，可以在旁路電容與線路板之間安裝一只鐵氧體磁珠，增加流向線路板的路徑的阻抗。需要注意的是，電容的耐壓一定要滿足要求。靜電放電的電壓可以高達數千伏。

　　用一個瞬態防護二極管也能夠對靜電放電起到有效的保護，但需要注意，用二極管雖然將瞬態干擾的電壓限制住了，但高頻干擾成分并沒有減少，該電路中一般應有與瞬態防護二極管并聯的高頻旁路電容抑制高頻干擾。

　　在電路設計及電路板布線方面，應采用門電路和選通脈沖。這種輸入方式只有在靜電放電和選通同時發生時才能造成損壞。而脈沖邊沿觸發輸入方式對靜電放電引起的瞬變很敏感，不宜采用。

　　4.2.3.6 PCB 設計：

　　良好的 PCB 設計可以有效地減少ESD 干擾對產品造成的影響，這也是電磁兼容設計中ESD 設計部分的一個重要的內容，大家可以從那部分課程中得到詳細的指引。對一個成品進行電磁兼容對策時，很難再對PCB 進行重新設計（改進成本太高），此處不再加以介紹。

　　4.2.3.7 軟件：

　　除了硬件措施外，軟件抑制方案也是減少系統鎖定等嚴重失常的有力方法。

　　軟件ESD 抑制措施分為兩種常用的類別：刷新、檢查并且恢復。刷新涉及到周期性地復位到休止狀態，并且刷新顯示器和指示器狀態。只需進行一次刷新然后假設狀態是正確的，其它的事就不用做了。

　　檢查/恢復過程用于決定程序是否正確執行，它們在一定間隔時間被激活，以確認程序是否在完成某個功能。如果這些功能沒有實現，一個恢復程序被激活。

　　4.2.4 一般ESD 對策準則：

　?。?）在易感CMOS、MOS 器件中加入保護二極管；

　?。?）在易感傳輸線上（地線在內）串幾十歐姆的電阻或鐵氧體磁珠；

　?。?）使用靜電保護表面涂敷技術，使ESD 難以機芯放電，經證明十分有效；

　　（4）盡量使用屏蔽電纜；

　　（5）在易感接口處安裝濾波器；并將無法安裝濾波器的敏感接口加以隔離；

　　（6）選擇低脈沖頻率的邏輯電路；

　?。?）外殼屏蔽加良好的接地。

　　4.3 電快速瞬變脈沖群抗擾度測試常見問題對策及整改措施

　　4.3.1 電快速瞬變脈沖群形成的機理及其對電子產品的影響

　　4.3.1 電快速瞬變脈沖群形成的機理及其對電子產品的影響

　　電快速瞬變脈沖群是由電感性負載（如繼電器、接觸器等）在斷開時，由于開關觸點間隙的絕緣擊穿或觸點彈跳等原因，在斷開處產生的暫態騷擾。當電感性負載多次重復開關，則脈沖群又會以相應的時間間隙多次重復出現。這種暫態騷擾能量較小，一般不會引起設備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會對電子、電氣設備的可靠工作產生影響。

　　一般認為電快速瞬變脈沖群之所以會造成設備的誤動作，是因為脈沖群對線路中半導體結電容充電，當結電容上的能量累積到一定程度，便會引起線路乃至設備的誤動作。

　　4.3.2 電快速瞬變脈沖群測試及相關要求

　　不同的電子、電氣產品標準對電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標準關于電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗大多都直接或間接引用 GB/T17626.4-1998 （idt IEC 61000-4-4:1995）：《電磁兼容試驗和測量技術 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎標準，并按其中的試驗方法進行試驗。下面就簡要介紹一下該標準的內容、試驗方法及相關要求。

　　4.3.2.1 試驗對象：

　　適用于在住宅區和商業區/工業區使用的在運行條件下的電子、電氣設備的電快速瞬變脈沖群的抗擾性能測試。

　　4.3.2.2 試驗內容：

　　對電氣和電子設備的供電電源端口、信號和控制端口在受到重復性快速瞬變脈沖群干擾時的性能進行評定。

　　4.3.2.3 試驗目的：

　　重復快速瞬變試驗是一種將由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群耦合到電氣和電子設備的電源端口、信號和控制端口的試驗。試驗的要點是瞬變的短上升時間、重復率和低能量。

　　電快速速變脈沖群試驗的目的就是為了檢驗電子、電氣設備在遭受這類暫態騷擾影響時的性能。

　　4.3.2.4 試驗發生器

　　試驗發生器性能的主要指標有三個：單個脈沖波形、脈沖的重復頻率和輸出電壓峰值。GB/T 17626.4 要求試驗發生器輸出波形應如圖14，15 所示。

　　圖 14：快速瞬變脈沖群概略圖

　　圖15：接50Ω 負載時單個脈沖的波形

　　4.3.2.5 試驗方法

　　對交/直流電源端子的選擇耦合/去耦網絡來施加快速瞬變脈沖群干擾信號。對I/O 信號、數據和控制端口選擇快速瞬變脈沖群測試專用的容性耦合夾來施加快速瞬變脈沖群干擾信號。

　　4.3.2.6 試驗等級及其選擇：

　　試驗等級應根據下列情況來選擇：

　　----電磁環境； ----騷擾源與關心的設備的鄰近情況； ----兼容性裕度。

　　對具體的產品來說，試驗等級選擇往往已在相應的產品或產品族標準中加以規定。

　　4.3.2.7 試驗環境

　　該標準規定的環境條件：

　　環境溫度：15℃~35℃、相對濕度：25%~75%RH、大氣壓力：86kPa~106kPa

　　4.3.2.8 試驗布置

　　標準對試驗布置也做出了詳細的規定，圖 16 所示為用于實驗室型式試驗的一般試驗配置示意圖。

　　圖16：用于實驗室型式試驗的一般試驗配置

　　4.3.2.9 試驗實施

　　電源、信號和其他功能電量應在其額定的范圍內使用，并處于正常的工作狀態。

　　根據要進行試驗的EUT 的端口類型選擇相應的試驗等級和耦合方式。

　　使受試設備處于典型工作條件下，根據受試設備端口及其組合，依次對各端口施加試驗電壓。

　　每種組合應針對不同脈沖極性進行測試，每種狀態的試驗持續時間不少于1min。

　　不同的產品或產品族標準對試驗的實施可能根據產品的特點有特定的規定。

　　4.3.2.10 試驗結果

　　若電快速速變脈沖群測試通不過，可能產生如下后果：造成設備的誤動作。

　　4.3.3 導致電快速脈沖試驗失敗的原因

　　從脈沖群試驗主要是進行電源線和信號/控制線的傳導差/共模干擾試驗，只是干擾脈沖的波形前沿非常陡峭，持續時間非常短暫，因此含有極其豐富的高頻成分，這就導致在干擾波形的傳輸過程中，會有一部分干擾從傳輸的線纜中逸出，這樣設備最終受到的是傳導和輻射的復合干擾。

　　電快速脈沖試驗波形的上升沿很陡，包含了很豐富的高頻成分。另外，由于試驗脈沖是持續一段時間的脈沖串，因此它對電路的干擾有一個累積效應，大多數電路為了抗瞬態干擾，在輸入端安裝了積分電路，這種電路對單個脈沖具有很好的抑制作用，但是對于一串脈沖則不能有效地抑制。

　　電快速脈沖對設備影響的原因有三種，包括：

　　a）通過電源線直接傳導進設備的電源，導致電路的電源線上有過大的噪聲電壓。當單獨對火線或零線注入時，在火線和零線之間存在著差模干擾，這種差模電壓會出現在電源的直流輸出端。當同時對火線和零線注入時，僅存在著共模電壓，由于大部分電源的輸入都是平衡的（無論是變壓器輸入，還是整流橋輸入），因此實際共模干擾轉變成差模電壓的成分很少，對電源的輸出影響并不大。

　　b）干擾能量在電流線上傳導的過程中，向空間輻射，這些輻射能量感應到鄰近的信號電纜上，對信號電纜連接的電路形成干擾（如果發生這種情況，往往會在直接向信號電纜注入試驗脈沖時，導致試驗失?。?。

　　c）干擾脈沖信號在電纜（包括信號電纜和電源電纜）上傳輸時產生的二次輻射能量感應進電路，對電路形成干擾。

　　4.3.4 通過電快速脈沖試驗的整改措施

　　針對脈沖群干擾，主要采用濾波（電源線和信號線的濾波）及吸收（用鐵氧體磁芯來吸收）。采用鐵氧體磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效，但要注意做試驗時鐵氧體磁芯的擺放位置，就是今后要使用鐵氧體磁芯的位置，千萬不要隨意更改，因為脈沖群干擾不僅僅是一個傳導干擾，更麻煩的是它還含有輻射的成分，不同的安裝位置，輻射干擾的逸出情況各不相同，難以捉摸。一般將鐵氧體磁芯用在干擾的源頭和設備的入口處最為有效。下面根據端口的不同分別進行探討。

　　4.3.4.1 針對電源線試驗的措施

　　解決電源線干擾問題的主要方法是在電源線入口處安裝電源線濾波器，阻止干擾進入設備。

　　快速脈沖通過電源線注入時，可以是差模方式注入，也可以是共模方式注入。

　　對差模方式注入的一般可以通過差模電容（X 電容）和電感濾波器加以吸收。

　　若注入到電源線上的電壓是共模電壓，濾波器必須能對這種共模電壓起到抑制作用才能使受試設備順利通過試驗。

　　下面是用濾波器抑制電源線上的電快速脈沖的方法。

　　a）設備的機箱是金屬的：

　　這種情況是最容易的。因為機箱是金屬的，它與地線面之間有較大的雜散電容，能夠為共模電流提供比較固定的通路。這時，只要在電源線的入口處安裝一只含有共模濾波電容的電源線濾波器，共模濾波電容就能將干擾旁路掉，使其回到干擾源。由于電源線濾波器中的共模濾波電容受到漏電流的限制，容量較小，因此對于干擾中較低的頻率成分主要依靠共模電感抑制。另外，由于設備與地線面之間的接地線具有較大的電感，對于高頻干擾成分阻抗較大，因此設備接地與否對試驗的結果一般沒有什么影響。除了選擇高頻性能良好的濾波器以外，在安裝濾波器時，注意濾波器應靠近金屬機箱上的電源入口處，防止電源線二次輻射造成的干擾。

　　b）設備機箱是非金屬的

　　如果設備的機箱是非金屬的，必須在機箱底部加一塊金屬板，供濾波器中的共模濾波電容接地。這時的共模干擾電流通路通過金屬板與地線面之間的雜散電容形成通路。如果設備的尺寸較小，意味著金屬板尺寸也較小，這時金屬板與地線面之間的電容量較小，不能起到較好的旁路作用。在這種情況下，主要靠電感發揮作用。此時，需要采用各種措施提高電感高頻特性，必要時可用多個電感串聯。

　　4.3.4.2 針對信號線試驗應采取的措施

　　快速脈沖通過信號/控制線注入時，由于是采用容性耦合夾注入，屬共模注入方式。

　　a）信號電纜屏蔽：

　　從試驗方法可知，干擾脈沖耦合進信號電纜的方式為電容性耦合。消除電容性耦合的方法是將電纜屏蔽起來，并且接地。因此，用電纜屏蔽的方法解決電快速脈沖干擾的條件是電纜屏蔽層能夠與試驗中的參考地線面可靠連接。如果設備的外殼是金屬的并是接地的設備，這個條件容易滿足。當設備的外殼是金屬的，但是不接地時，屏蔽電纜只能對電快速脈沖中的高頻成分起到抑制作用，這是通過金屬機殼與地之間的雜散電容來接地的。如果機箱是非金屬機箱，則電纜屏蔽的方法就沒有什么效果。

　　b）信號電纜上安裝共模扼流圈：

　　共模扼流圈實際是一種低通濾波器，只有當電感量足夠大時，才能對電快速脈沖群有效果。但是當扼流圈的電感量較大時（往往匝數較多），雜散電容也較大，扼流圈的高頻抑制效果降低。而電快速脈沖波形中包含了大量的高頻成分。因此，在實際使用時，需要注意調整扼流圈的匝數，必要時用兩個不同匝數扼流圈串聯起來，兼顧高頻和低頻的要求。

　　c）信號電纜上安裝共模濾波電容。這種濾波方法比扼流圈具有更好的效果，但是需要金屬機箱作為濾波電容的地。另外，這種方法會對差模信號有一定的衰減，在使用時需要注意。

　　d）對敏感電路局部屏蔽。當設備的機箱為非金屬機箱，或者電纜的屏蔽和濾波措施不易實施時，干擾會直接耦合進電路。這時只能對敏感電路進行局部屏蔽。屏蔽體應該是一個完整的六面體。

　　4.4 浪涌沖擊抗擾度測試常見問題對策及整改措施

　　4.4.1 浪涌沖擊形成的機理

　　電磁兼容領域所指的浪涌沖擊一般來源于開關瞬態和雷擊瞬態。

　　4.4.1.1 開關瞬態

　　系統開關瞬態與以下內容有關：

　　a）主電源系統切換騷擾，例如電容器組的切換；

　　b）配電系統內在儀器附近的輕微開關動作或者負荷變化；

　　c）與開關裝置有關的諧振電路，如晶閘管；

　　d）各種系統故障，例如對設備組接地系統的短路和電弧故障。

　　4.4.1.2 雷擊瞬態

　　雷電產生浪涌（沖擊）電壓的主要原理如下：

　　a）直接雷擊于外部電路（戶外），注入的大電流流過接地電阻或外部電路阻抗而產生電壓；

　　b）在建筑物內、外導體上產生感應電壓和電流的間接雷擊（即云層之間或云層中的雷擊或擊于附近物體的雷擊，這種雷擊產生的磁場）；

　　c）附近直接對地放電地雷電入地電流耦合到設備組接地系統的公共接地路徑。當保護裝置動作時，電壓和電流可能發生迅速變化，并可能耦合到內部電路。

　　4.4.2 浪涌沖擊測試及相關要求

　　不同的電子、電氣產品標準對浪涌（沖擊）抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標準關于浪涌（沖擊）抗擾度試驗大多都直接或間接引用 GB/T17626.5-1999 （idt IEC 61000-4-5:1995）：《電磁兼容 試驗和測量技術 浪涌（沖擊）抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎標準，并按其中的試驗方法進行試驗。下面就簡要介紹一下該標準的內容、試驗方法及相關要求。

　　4.4.2.1 適用范圍：

　　適用于電氣和電子設備在規定的工作狀態下工作時，對由開關或雷電作用所產生的有一定危害電平的浪涌（沖擊）電壓的反應。該標準不對絕緣物耐高壓的能力進行試驗。該標準不考慮直擊雷。

　　4.4.2.2 試驗內容：

　　對電氣和電子設備的供電電源端口、信號和控制端口在受到浪涌（沖擊）干擾時的性能進行評定。

　　4.4.2.3 試驗目的：

　　評定設備在遭受到來自電力線和互連線上高能量浪涌（沖擊）騷擾時產品的性能。

　　4.4.2.4 試驗發生器

　　a）信號發生器的特性應盡可能地模擬開關瞬態和雷擊瞬態現象；

　　b）如果干擾源與受試設備的端口在同一線路中，例如在電源網絡中（直接耦合），那么信號發生器在受試設備的端口能夠模擬一個低阻抗源；

　　c）如果干擾源與受試設備的端口不在同一線路中（間接耦合），那么信號發生器能夠模擬一個高阻抗源。對于不同場合使用的產品及產品的不同端口，由于相應的浪涌（沖擊）瞬態波形，各不相同，因此對應的模擬信號發生器的參數也各不相同。

　　圖17：浪涌（沖擊）信號電壓及電流波形

　　例如：對交流電源端口，通常采用的是1.2/50μs （8/20μs）組合波信號發生器；對電信端口，通常采用的是10/700μs 的符合CCITT 要求的試驗信號發生器。浪涌（沖擊）波形見圖17 所示。