GJB151B—2013軍用設(shè)備分系統(tǒng)騷擾信號(hào)新增檢測(cè)項(xiàng)解析

馬靜 李喬 趙云

摘要：GJB151B-2013中新增了對(duì)地線傳導(dǎo)敏感度的檢測(cè)要求：CS102 25Hz～50kHz 地線傳導(dǎo)敏感度，對(duì)靜電放電敏感度的測(cè)試要求：CS112 靜電放電敏感度；本文就新增項(xiàng)目的測(cè)試目的、測(cè)試方法、限值要求進(jìn)行解析，并針對(duì)測(cè)試中EUT的故障機(jī)理和整改開展研究，為軍用設(shè)備和分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員和測(cè)試人員對(duì)GJB151B-2013中新增項(xiàng)目的理解提供了一種思路。

關(guān)鍵詞：GJB151B-2013 地線 靜電放電 整改

中圖分類號(hào)：TM937.65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）07-0226-03

1 概述

國(guó)軍標(biāo)GJB151B-2013 《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》是在國(guó)軍標(biāo)GJB151A-1997 《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》和GJB152A-1997《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量》基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列必要的修訂后的替代版本。GJB151B-2013不僅合理地融合了GJB151A-1997和GJB152A-1997的內(nèi)容，更在檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)項(xiàng)配置、檢測(cè)設(shè)備的要求，以及檢測(cè)項(xiàng)限值等方面做出了更加明確的規(guī)定以及更具檢測(cè)適應(yīng)性的調(diào)整，其中最受關(guān)注的修改部分莫過于增加了檢測(cè)項(xiàng)：“CS10225Hz～50kHz 地線傳導(dǎo)敏感度”和“CS112靜電放電敏感度”。本文就GJB151B-2013中新增項(xiàng)目CS102、CS112的檢測(cè)目的，檢測(cè)方法等進(jìn)行了解析和說明，并對(duì)檢測(cè)項(xiàng)CS102、CS112檢測(cè)中，EUT故障的產(chǎn)生機(jī)理提出了一些分析建議。

2 CS102 25Hz～50kHz 地線傳導(dǎo)敏感度

2.1 檢測(cè)方法

GJB151B-2013中規(guī)定在“水面艦船、潛艇上對(duì)低頻干擾信號(hào)敏感且?guī)У鼐€的設(shè)備和分系統(tǒng)”的地線上注入“25Hz～50kHz、1V的開路電壓信號(hào)”，信號(hào)注入時(shí)，“EUT不應(yīng)出現(xiàn)故障、性能降低或超出產(chǎn)品規(guī)范中規(guī)定的指標(biāo)允差?！睓z測(cè)配置方法見如圖1。

如圖1所示，CS102項(xiàng)檢測(cè)的主要操作在于：

（1）由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率范圍為“25Hz～50kHz”的干擾信號(hào)，信號(hào)掃描最大步長(zhǎng)依據(jù)GJB151B-2013中 “4.3.11.5.1 頻率掃描”的要求，具體數(shù)值詳見表1。

（2）干擾信號(hào)通過功率放大器線性放大后，通過耦合變壓器以電流耦合的方式向EUT地線注入“1V的開路電壓信號(hào)”作為干擾信號(hào)。

（3）每一調(diào)諧頻率上至少駐留3s或EUT的響應(yīng)時(shí)間（取大者）。

當(dāng)EUT接地線未能為系統(tǒng)提供一個(gè)阻抗最小的回路路徑，使干擾信號(hào)進(jìn)入EUT，或當(dāng)EUT對(duì)共模干擾的抗干擾能力較弱時(shí)，EUT就會(huì)出現(xiàn)“故障、性能降低或超出產(chǎn)品規(guī)范中規(guī)定的指標(biāo)允差”的現(xiàn)象；如表1所示。

2.2 檢測(cè)目的

由GJB151B-2013中規(guī)定的CS102的檢測(cè)方法不難看出，該檢測(cè)項(xiàng)的檢測(cè)目的在于檢驗(yàn)EUT地線的接地能力（阻抗是否足夠?。约癊UT對(duì)共模干擾的抗干擾能力。

2.3 EUT常見故障分析

實(shí)際的EUT會(huì)具備很多接地點(diǎn)（線），根據(jù)接地目的的不同，可分為安全地、交流地、直流地、機(jī)殼地、屏蔽地、信號(hào)地、數(shù)字地、模擬地和防雷地。EUT的地線設(shè)計(jì)，即接地設(shè)計(jì)一直是電磁兼容性設(shè)計(jì)比較關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是在EUT定型后比較難以實(shí)現(xiàn)有效整改的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在EUT電磁兼容檢測(cè)中，很多EUT在檢測(cè)中出現(xiàn)的電磁干擾問題都可以故障定位于EUT的接地設(shè)計(jì)不合理。GJB151B-2013中新增了CS102，這項(xiàng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)地線設(shè)計(jì)的電磁兼容性的針對(duì)性考察，可將很多電磁干擾問題更直觀的定位于EUT的地線設(shè)計(jì)。

實(shí)現(xiàn)對(duì)EUT地線設(shè)計(jì)的整改，首先需要了解由地線接地效果不佳引發(fā)的干擾問題的產(chǎn)生機(jī)理：

（1）EUT的地線不是理想的等電位體，實(shí)際的地線都是有阻抗的。當(dāng)?shù)鼐€上有電流流過時(shí)，地線上會(huì)形成電壓，此時(shí)地線不再是個(gè)等電位體， EUT地線各點(diǎn)位電位不同，這勢(shì)必與EUT對(duì)地線的設(shè)計(jì)要求不同，因此會(huì)引起EUT產(chǎn)生故障；（2）電流總是選擇阻抗最小的路徑，當(dāng)?shù)鼐€的阻抗過大時(shí)，EUT內(nèi)部或外部產(chǎn)生的干擾信號(hào)會(huì)在相互連接的各用途接地線直接形成環(huán)流，當(dāng)干擾信號(hào)進(jìn)入信號(hào)地、數(shù)字地、模擬地等接地線時(shí)，就可能會(huì)產(chǎn)生故障。地環(huán)路產(chǎn)生機(jī)理如圖2所示。

2.4 設(shè)計(jì)建議

當(dāng)EUT的接地設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，如在CS102檢測(cè)中出現(xiàn)了故障，此時(shí)EUT的接地電阻已很難改變，則需尋找隔離接地干擾的接地設(shè)計(jì)方法，消除接地干擾的影響：分析了由地線接地效果不佳引起的故障機(jī)理后不難發(fā)現(xiàn)，切斷干擾信號(hào)的地環(huán)路是消除故障比較有效的方法。目前切斷地環(huán)路比較常用的方法有采用隔離變壓器、光耦合、增加共模扼流圈。

（1） 隔離變壓器。隔離變壓器使兩設(shè)備間的信號(hào)傳輸通過磁場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)，避免了電氣直接連接，實(shí)現(xiàn)了干擾信號(hào)在地環(huán)路上上的串聯(lián)干擾。但隔離變壓器的初次級(jí)之間存在寄生電容，因此對(duì)高頻干擾信號(hào)的隔離效果不是很理想。

（2）光耦隔離器。光耦器件的寄生電容為2pF左右，因此對(duì)高頻干擾信號(hào)的隔離效果比較理想，尤其在強(qiáng)弱電共同存在的系統(tǒng)中，還能夠抑制強(qiáng)電的大電流快速通斷引起的幅值很高的電壓或電流脈沖干擾。

（3）共模扼流圈。線-地間產(chǎn)生的干擾電壓在地線上產(chǎn)生了干擾電流可認(rèn)為是共模電流。共模扼流圈增加了共模電流的感性阻抗，是抑制地線上共模電流的有效方法。

3 CS112 靜電放電敏感度

3.1 檢測(cè)目的

GJB151B-2013中規(guī)定CS112檢測(cè)項(xiàng)的適用范圍為：“本項(xiàng)目適用于可能工作在容易產(chǎn)生人體靜電放電的環(huán)境中（例如沙漠、裝有空調(diào)的房間、使用人造纖維、塑料的環(huán)境等）并與人體可能接觸的設(shè)備和分系統(tǒng)”。從“適用范圍”中可以看出，CS112檢測(cè)項(xiàng)的檢測(cè)目的在于檢測(cè)EUT抵御人體接觸EUT時(shí)由靜電產(chǎn)生的瞬態(tài)高幅值電流干擾的抗干擾能力。

3.2 檢測(cè)方法

GJB151B-2013中對(duì)CS112檢測(cè)項(xiàng)的檢測(cè)設(shè)備、配置和步驟的要求是依據(jù)GB/T 17626.2 《電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)》中的要求，基本的操作是：由檢測(cè)人員使用靜電發(fā)生器在EUT上的點(diǎn)和面實(shí)施放電。對(duì)于放電點(diǎn)的選取，GB/T17626.2中規(guī)定“除非在通用標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)中有其他規(guī)定，靜電放電只施加在正常使用時(shí)人員可接觸到的受試設(shè)備上的點(diǎn)和面”。放電點(diǎn)選取的情況在GB/T 17626.2-2006（1）中的8.3.1進(jìn)行了詳細(xì)的說明。在測(cè)試配置方面，值得一提的是接地平板的尺寸在GJB151B-2013和GB/T 17626.2中有不同的要求，具體區(qū)別如表2所示。

在屏蔽室外測(cè)試使用的地面金屬接地平板每個(gè)方向上：≥1.5m

伸出受試設(shè)備或耦合板之外0.5m

（1）注：GB/T 17626.2-2006是GB/T 17626.2的最新版本。

雖然GJB151B-2013在CS112的規(guī)定大多來自GB/T 17626.2中的要求，但對(duì)于檢測(cè)限值和放電模式方面，GJB151B-2013中有如下要求：

（1）將EUT分為A類和B類，并分別作出了限值要求，如表3，表4所示；（2）在放電模式方面，規(guī)定“應(yīng)優(yōu)先使用接觸放電法。當(dāng)接觸放電法不適用時(shí)，使用空氣放電法”。

3.3 EUT常見故障分析

對(duì)于電子器件而言，工作過程中遭遇靜電脈沖是不可避免的。靜電作為一種瞬變電磁現(xiàn)象，在時(shí)域上具有陡峭的上升沿，很窄的脈寬，同時(shí)幅值極大，隨著各類如USB接口等外圍芯片的使用，靜電脈沖逐漸成為了電子器件失效的首要原因。

從電學(xué)角度來看，人體可以作為儲(chǔ)能元件，相對(duì)干燥的環(huán)境下，由摩擦等原因使靜電產(chǎn)生并在人體積累，當(dāng)人體接觸電子器件的瞬間，人體作為一個(gè)相對(duì)的高電位，電子器件作為一個(gè)相對(duì)的低電位，二者的電位差讓儲(chǔ)存在人體的電荷找到了泄放的通路，瞬間的高脈沖擊穿空氣對(duì)電子器件形成導(dǎo)電通路，甚至擊穿電子器件；如表3表4所示。

CS112檢測(cè)項(xiàng)的檢測(cè)波形如圖3所示。

3.4 設(shè)計(jì)建議

從靜電脈沖的產(chǎn)生原因中不難看出，消除靜電脈沖影響的主要方法在于建立靜電脈沖的泄放通路，實(shí)現(xiàn)靜電脈沖和EUT內(nèi)部功能部件的隔離，以消除靜電脈沖對(duì)EUT功能部件的影響，提高EUT對(duì)靜電脈沖的抗干擾能力。

在EUT功能模塊中加入靜電防護(hù)組件是在EUT設(shè)計(jì)研發(fā)階段比較常用的靜電方法手段。但當(dāng)EUT在試驗(yàn)階段，進(jìn)行CS112檢測(cè)中出現(xiàn)故障，無法更改內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)時(shí)，可在測(cè)試故障點(diǎn)出增加瞬態(tài)電壓抑制器（Transient Voltage Suppressor，TVS）實(shí)現(xiàn)對(duì)靜電脈沖的防護(hù)。

TVS是典型的PN結(jié)雪崩器件，其單向特性如圖4所示。當(dāng)TVS管兩端的電位差瞬間增大，遭遇瞬間高能量沖擊時(shí)，其阻抗可實(shí)現(xiàn)迅速的變化，并能吸收一個(gè)巨大的電流，將管兩端的電壓箝位在一個(gè)較小的值，從而實(shí)現(xiàn)消除瞬態(tài)高脈沖泄放。

4 結(jié)語(yǔ)

GJB151B-2013新增了檢測(cè)項(xiàng)目“CS102 25Hz～50kHz 地線傳導(dǎo)敏感度”和“CS112 靜電放電敏感度”，是對(duì)軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁兼容性要求的提升，但同時(shí)檢測(cè)結(jié)果也有助于EUT電磁兼容性薄弱環(huán)節(jié)的定位，同時(shí)，增加的檢測(cè)項(xiàng)目更加可引起軍品設(shè)計(jì)研發(fā)人員對(duì)產(chǎn)品接地設(shè)計(jì)和靜電脈沖防護(hù)方面關(guān)注度，從而在研發(fā)階段提高產(chǎn)品的電磁兼容性。

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