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快速脉冲群测试原理及对策

2020/11/02 12:18 于 EMC

快速瞬变脉冲群干扰机理

  1. 实验的目的
    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. 干扰的特点
    EFT的特点是上升时间快,持续时间短,能量低,但具有较高的重复频率。
    EFT一般不会引起设备的损坏,但由于其干扰频谱分布较宽,会对设备正常工作产生影响。 其干扰机理为 EFT对线路中半导体结电容单向连续充电累积, 引起电路乃至设备的误动作。

1)电快速瞬变脉冲群测试及相关要求
不同的电子、 电气产品标准对 EFT抗扰度试验的要求是不同的, 但这些标准关于 EFT 抗扰度试验大多都直接或间接引用 GB/T17626.4 这一电磁兼容基础标准,并按其中的试验方法进行试验。下面就简要介绍一下该标准的内容。
2)信号发生器和试验波形
a)信号发生器

其中, U为高压直流电源, Rc 为充电电阻, Cc 为储能电容, Rs 为内部的放电电阻, Rm为阻抗匹配电阻, Cd为隔直电容, R0为外部的负载电阻, Cc的大小决定了单个脉冲的能量, Cc和 Rs 的配合决定了脉冲波的形状(特别是脉冲的持续时间) , Rm决定了脉冲群发生器的输出阻抗(标准规定是 50Ω ), Cd则隔离了脉冲群发生器输出波形中的直流成分,免除了负载对脉冲群发生器工作的影响。
b)实验波形
试验发生器性能的主要指标有三个: 单个脉冲波形、 脉冲的重复频率和输出电压峰值。 GB/T17626.4要求试验发生器输出波形应如图 1, 2 所示。

EFT是由间隔为 300ms的连续脉冲串构成, 每一个脉冲串持续 15ms, 脉冲波形组成,单个脉冲的上升沿 5ns,持续时间 50ns,重复频率 5kHz 和 100kHz。为了保证 5kHz和 100kHz注入的能量具有等效性, 当用 100kHz的重复频率代替 5kHz时, EFT的持续时间从 15ms缩减到 0.75ms。 传统上使用 5kHz 的重复频率, 然而100kHz更接近实际情况。在电力上一般要求为 100kHz。
c)干扰实验等级
受试设备的被试验部分主要包括设备的供电电源端口, 保护接地, 信号和控制端口。

需要注意, 并不是信号和控制信号在相同测试等级下信号发生器输出电压就比对电源测试的电压要低, 实际信号发生器输出的信号幅度是一致的, 是由负载阻抗决定的。 信号线一般阻抗为 50欧, 信号发生器内有 50 串接电阻。 所以信号测量电压应为 0.5xVp(开路) 。此电压可以正负偏差 10%。

耦合装置
GB/T17626.4 提供的耦合装置有两种:耦合 / 去耦网络和容性耦合夹。一般情况下,耦合 / 去耦网络主要用于电源端口试验,容性耦合夹主要用于 I/O 端口和通信端口试验。

耦合 / 去耦网络
耦合 / 去耦网络的作用是将干扰信号耦合到受试设备并阻止干扰信号连接到同一电网中的不相干设备。

耦合脉冲干扰是通过 33nF的电容,同时施加到 L1、 L2、 L3、 N、 PE信号上。信号电缆的屏蔽层则和耦合 / 去耦网络的机壳相连 , 机壳则接到参考接地端子上。这表明脉冲群干扰实际上是加在电源线与参考地之间 , 即加在电源线上的干扰是共模干扰。

容性耦合夹
对于采用耦合夹的试验来说 , 耦合夹能在受试设备各端口的端子、电缆屏蔽层或受试设备的其他部分无任何电连接的情况下把快速瞬变脉冲群耦合到受试线路上。 电容耦合夹的结构如图?所示。 试验中受试线路的电缆放在耦合夹的上下两块耦合板之间 , 耦合夹本身应尽可能地合拢 , 以提供电缆和耦合夹之间的最大耦合电容。耦合夹与电缆之间的典型电容是 50-200pf 。

电快速瞬变脉冲群试验失败原因分析

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。

从干扰传输方式分析
脉冲群的单个脉冲波形前沿 tr 达到 5ns,脉宽达到 50ns,这就注定了脉冲群干扰具有极其丰富的谐波成分。幅度较大的谐波频率至少可以达到 1/ π tr ,亦即可以达到 64MHz左右,相应的波长为 5m。
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。

根据 EFT干扰造成设备失效的机理分析
单个脉冲的能量较小, 不会对设备造成故障。 但由于 EFT是持续一段时间的单极性脉冲串,它对设备线路结电容充电,经过累积,最后达到并超过 IC 芯片的抗扰度电平,将引起数字系统的位错、系统复位、内存错误以及死机等现象。
因此, 线路出错会有个时间过程, 而且会有一定偶然性和随机性。 而且很难判断究竟是分别施加脉冲还是一起施加脉冲设备更容易失效。 也很难下结论设备对于正向脉冲和负向脉冲哪个更为敏感。 测试结果与设备线缆布置、 设备运行状态和脉冲参数、 脉冲施加的组合等都有极大的相关性。 而不能简单认为在 EFT抗扰度试验中受试设备有一个门槛电平, 干扰低于这个电平, 设备工作正常; 干扰高于这个电平, 设备就失效。 正是这种偶然性和随机性给 EFT对策的方式和对策部位的选择增加了难度。 同时, 大多数电路为了抵抗瞬态干扰, 在输入端安装了积分电路, 这种电路对单个脉冲具有很好的抑制作用, 但是对于一串脉冲则不能有效抑制。 IEC61000-4-4 新版标准在单组脉冲群注入受试设备的脉冲总量没变(仍为 75 个)的情况下,将脉冲重复频率从 5kHz 提高到 100kHz,单位时间内的脉冲密集程度大大增加了。 单位时间内的脉冲个数越多, 对结电容的电荷积累也越快,越容易达到线路出错的阈限。因此,新的标准把脉冲重复频率提高,其本质上也是将试验的严酷程度提高。 这样能通过旧标准 EFT测试的产品, 在按照新标准进行测试时未必能通过。

从 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。

从 EFT干扰传输途径分析
如图 3 所示, EFT干扰主要通过以下几种途径干扰被测设备的正常工作,包括:
a) EFT 干扰通过耦合单元进入设备的电源线和控制信号线,在这些线缆上产生高达数千伏的共模脉冲噪声并沿着这些线缆进入被测设备内部, 当通过接口滤波器时干扰有所衰减,但依然有较高的干扰电压进入设备内部电源和 PCB电路,影响 PCB的正常工作。
b)同时,注入到电源线或信号控制线上的 EFT干扰会在传导的过程中向空间辐射, 这些辐射能量感应到邻近的电缆上, 通过这些电缆进入设备内部对电路形成干扰, 当没有对 EUT所有连接电缆采取 EFT防护措施时, 较易出现这种现象。
c)注入到电源线或信号控制线上的 EFT干扰进入设备内部后,直接通过空间辐射被 PCB电路接收, 对电路形成干扰。 当 PCB接口上有良好滤波措施, 但传输线缆与电路距离较近时,容易出现这种现象。

电子产品通过电快速瞬变脉冲试验的对策

抑制 EFT干扰的一般对策
从上一节分析我们可知, EFT干扰有以下几个特点:
a) EFT干扰以共模方式侵入敏感设备;
b) 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;
c) 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;
d) 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;
e) EFT干扰是一种典型的高压快速脉冲干扰;
f ) 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:
a)对直接传导干扰应以共模抑制为主;
b)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;
c)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;
d)选择传输线滤波电路应覆盖侵入的 EFT干扰的频谱范围;
e)对 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;
f )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。

EFT干扰传输环路
图 8 所示为 EFT干扰传输环路。 EFT是共模干扰,它必须通过大地回路完成整个干扰环路。 EFT干扰源通过传导或空间辐射以共模方式进入敏感设备电源线或控制信号线, 通过这些线缆以传导或辐射方式进入敏感设备内部 PCB电路。 若EUT为金属外壳, PCB上的 EFT干扰通过 PCB与金属外壳间杂散电容 C1或直接通过接地端子传输到金属外壳,再通过金属外壳与大地之间杂散电容 C2传输到大地,由大地返回 EFT干扰源。若 EUT为非金属外壳, PCB上的 EFT干扰通过 PCB与大地之间较小的杂散电容 C3传输到大地,由大地返回 EFT干扰源。完成整个干扰环路。

针对电源线试验的措施
解决电源线 EFT 干扰问题的主要方法是在被测设备电源线入口处安装瞬态脉冲吸收器和吸收型的共模电源线滤波器, 阻止 EFT干扰进入被测设备。 下面根
据被测样品外壳的性质不同分两种情况进行讨论。

被测设备的机箱是金属的:
当被测设备机箱为金属材料时, 如图 8 所示, 金属机箱与大地之间有较大的杂散电容 C2,能够为 EFT 共模电流提供比较固定的通路。若被测样品有保护接地线通过电源插座与大地连接, 由于正常工作时设备与大地间的接地线具有较大的电感,因此电源线中的保护接地线也应作为被测线之一,通过网络耦合 EFT干扰, 并与电源插座保护地端通过去耦网络进行隔离, 对 EFT高频干扰成分阻抗较大。因此,仅靠改善电源线中保护接地的方法对提高被测样品的电源端 EFT抗扰性作用不明显。 处理方法是在金属机箱电源入口处加装由共模电感和共模电容构成的电源滤波器, 该滤波器金属外壳与金属机箱直接连接成为一个整体, 并通过机箱将滤波器输入、 输出电源线进行隔离。 共模滤波电容能将 EFT干扰导入机箱再通过其杂散电容 C2导入大地,通过大地回到干扰源。由于电源线滤波器中共模滤波电容受漏电流限制, 容量较小, 对 EFT干扰中较低的频率成分主要依靠共模电感抑制。 因此共模电感的选择很关键, 此处应选择铁氧体吸收式共模扼流圈。选择滤波器时要注意滤波器的抑制干扰带宽应覆盖 EFT干扰带宽。
由于 EFT干扰属高压瞬态脉冲干扰, 当 EFT测试等级较高时, 其高压脉冲产生的大电流很容易使共模电感饱和, 且其密集的单极性脉冲也容易使共模电容饱和,这时应让输入电源先通过对地(实际为金属外壳)脉冲吸收器,通过脉冲吸收器吸收大部分脉冲电压和能量, 再配合由共模电感和共模电容构成滤波器, 就能较好地抑制 EFT干扰。 当被测设备电源端口还需通过浪涌测试时, 为兼顾两个项目的测试需求,脉冲吸收器可选择氧化锌压敏电阻(对 220V交流电源供电产品, 压敏电阻选 470V系列) , 它对瞬态脉冲具有纳秒级的响应时间; 当被测设备电源端口只需抑制 EFT脉冲时,硅瞬变电压吸收二极管( TVS)是最佳选择(对
220V 交流电源供电产品,可选择 350V 系列) ,它对瞬态脉冲的响应时间小于 1纳秒。 脉冲吸收器是两端器件, 一端与每根输入电源线相连, 另一端在金属外壳的电源输入处与外壳相连,使脉冲吸收器吸收的能量通过其杂散电容 C2导入大地,通过大地回到干扰源。
通过以上的方式,在电源入口处将 EFT干扰通过金属机壳直接耦合到大地,从而避免了 EFT干扰通过电源端口进入内部电路, 对设备造成影响; 同时, 金属外壳也有效地保护了内部电路,隔离了在外部电源线上的 EFT干扰的空间辐射。

被测设备机箱是非金属的:
当被测设备机箱为非金属材料时, 如图 8 所示, 耦合进设备的 EFT干扰只能通过内部电路与大地之间较小的杂散电容 C3 耦合进大地,被测样品电路对地会有较大的 EFT干扰电压存在, 从而影响其正常工作。 此时, 必须在机箱底部加一块金属板,有效地增加了设备对大地的杂散电容,如图 9 所示,在设备内部,脉冲吸收器、 电源滤波器、 电源模块以及 PCB板都安装在该金属平板上面, 电源模块和电源滤波器的金属外壳与金属平板紧密连接, 金属平板作为被测设备的公共参考平面。这时的金属平板的作用等效于金属外壳, EFT干扰电流通过金属平板与大地之间的杂散电容形成通路,回到干扰源。

如果设备的尺寸较小, 则金属板尺寸也较小, 这时金属板与大地之间的杂散电容量较小, 不能起到较好的干扰旁路作用。 在这种情况下, 脉冲吸收器和滤波器中的共模电容作用有限, 主要靠滤波器中共模电感发挥作用。 此时, 需要采用各种措施提高电感滤波特性, 必要时可用多个电感串联, 展宽共模电感的抑制频率范围,保证滤波效果。
对此类被测设备还需留意的是, 由于没有金属外壳屏蔽, 滤波器之前的电源线上的 EFT干扰会通过空间辐射进入被测设备内部电路,从而形成干扰。此时,脉冲吸收器和电源滤波器应放在靠近设备外壳处, 电源线进入设备外壳后立即与脉冲吸收器和电源滤波器连接。 防止机箱内多余的带 EFT干扰电源线与内部电路通过空间耦合传递 EFT干扰。

针对信号线试验应采取的措施
对信号和控制线进行 EFT抗扰度测试时, EFT脉冲采用容性耦合夹共模方式注入, 与电源端的耦合网络注入方式相比, 注入 EFT脉冲的频谱范围较窄; 注入能量也较低。 信号和控制线注入是针对整条电缆进行, 不再对电缆内部各传输线分别注入或局部组合注入。 下面就信号控制线注入在几种不同情况下的对策进行分别介绍。

被测设备的机箱是金属的:
由于 EFT抗扰度测试干扰脉冲采用容性耦合夹注入信号控制电缆。 消除此类干扰耦合的最佳方法是将被测电缆屏蔽起来。 若被测样品的外壳为金属外壳且接地, 被测电缆在穿过金属外壳处将屏蔽层与金属外壳 360度环接, 通过容性耦合夹进入被测电缆屏蔽层的 EFT干扰通过该连接导入金属外壳,此时, EFT干扰的中高频分量通过外壳与大地之间的杂散电容耦合到大地, EFT干扰的低频分量通过外壳的接地线导入大地, 并从大地返回干扰源。 对没有保护接地线的被测设备,EFT干扰的低频成分可能会对被测设备电路产生干扰。此时,补充接地线可以有效克服这类干扰。
对信号控制端口进行测试时, 被测设备的电源端口是直接与电源连接的, 连接金属外壳的保护接地线不再像电源端口测试那样通过耦合 / 去耦网络而是直接与插座的保护地线连接, 能有效吸收 EFT干扰的低频成分。 其作用是非常明显的。
若屏蔽层有 EFT干扰电流流通, 则部分高频干扰会耦合到屏蔽电缆的内部信号线上。 此时穿过金属外壳的信号控制线应在外壳接口处加装由适当的共模扼流圈(该共模扼流圈可由所有信号线在一个高频磁环上同向并绕 3 到 10 圈构成)和对外壳的共模电容构成的信号线滤波器。 若共模电容对信号传输有影响, 可以通过降低或取消共模电容同时提高共模扼流圈的吸收能力来达到目的。 共模扼流
圈实际是一种低通滤波器, 只有当电感量足够大时, 才能对 EFT干扰的低频成分有效果。但是当扼流圈的电感量较大时(往往匝数较多) ,杂散电容也较大,扼流圈的高频抑制效果降低。因此,在实际使用时,需要注意调整扼流圈的匝数,必要时用两个不同匝数扼流圈串联起来,兼顾高频和低频的要求。
若被测信号控制电缆无法或不便更换为屏蔽电缆, 则 EFT干扰直接进入到线缆内部的每一根传输线上, 此时可采取类似电源线处理方法, 在信号控制线缆进入金属外壳入口处加装瞬态脉冲吸收器与信号线共模滤波器。 瞬态脉冲吸收器选择原则与电源线处理方法相同, 其耐压选择应与端口的工作电压相适应。 信号线共模滤波器抑制的频率范围应能覆盖电缆上注入的 EFT干扰频率范围。 若此时瞬态脉冲吸收器的结电容和共模滤波器的共模电容对信号传输有影响, 可选择结电容较小的瞬态脉冲吸收器并降低或取消共模电容同时提高共模扼流圈的吸收能力来达到目的。 若结电容较小的瞬态脉冲吸收器依然影响电缆中的高速信号传输时,则只能去掉瞬态脉冲吸收器并将普通电缆换为屏蔽电缆。

被测设备机箱是非金属的 :
当被测设备机箱为非金属材料时, 可按照图 9 的方式, 在机箱底部加一块金属平板, 如图 8 所示, 从而有效地增加设备对大地的杂散电容, 并让被测设备的保护接地线与金属平板相连。
此时若将信号控制电缆屏蔽起来, 也可以较好抑制 EFT干扰。 屏蔽电缆进入设备后, 屏蔽层通过直接固定的方式与金属平板连接, 穿出金属屏蔽层的信号线以最短距离与滤波器连接,该滤波器直接安装在金属平板上。
若被测信号控制电缆无法或不便更换为屏蔽电缆, 在信号控制线缆进入设备外壳的入口处加装瞬态脉冲吸收器与信号线共模滤波器。 同时若瞬态脉冲吸收器的结电容和共模滤波器中的共模电容对信号传输有影响。
对此类被测设备还需留意的是, 由于没有金属外壳屏蔽, 滤波器前的信号控制线上的 EFT干扰的空间辐射会进入被测设备内部电路,从而对电路形成干扰。
所以滤波器及脉冲吸收器尽量靠近接口。
当通过空间远离的方法依然不能防止信号控制电缆上的空间辐射干扰时, 干扰会直接耦合进电路。 这时只能对敏感电路进行局部屏蔽。 屏蔽体应该是一个完整的六面体。

其他端口的防护措施
在 EFT抗扰度测试中, 并非所有外部信号控制端口都需进行 EFT抗扰度测试,这些端口一般连接电缆比较短,标准认为在实际使用过程中不易直接耦合大的EFT干扰,所以不对这些端口 EFT抗扰度提出测试要求。若我们按照上边的设计要求对需进行 EFT测试的电源、信号和控制端口采取了相应的抑制措施,在 EFT测试过程中, 被测电源线、 信号控制线上的 EFT干扰会向空间辐射, 被机箱外的其他端口线缆接收, 也会耦合进被测设备内部形成干扰。 因此, 应针对这些端口采取必要的抑制措施。 由于, 感应进这些端口的 EFT干扰为频率比较高、 幅度比较小的共模干扰, 只需在这些端口线进入被测设备入口处采用信号线共模抑制滤波器, 就能起到较好的抑制效果, 应该注意的是共模抑制滤波器的抑制频率范围与端口感应到的 EFT干扰频谱相适应, 且滤波器外壳应与金属机壳或金属平板良好连接。 若端口传输的信号为敏感信号, 建议采用屏蔽绞线, 屏蔽层与金属机壳或金属平板良好连接

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EFT电快速脉冲群测试

2020/11/02 12:08 于 EMC

大部分电子产品需要通过电快速瞬变脉冲群(EFT)和静电放电(ESD)等项目的标准测试。EFT和ESD是两种典型的突发干扰,EFT信号单脉冲的峰值电压可高达4kV,上升沿5ns。接触放电测试时的ESD信号的峰值电压可高达8kV,上升时间小于1ns。这两种突发干扰,都具有突发、高压、宽频等特征。
电快速瞬变脉冲群是由电感性负载(如继电器、接触器产生的传导干扰、高压开关切换产生的辐射干扰等)在断开时,由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因,在断开处产生的暂态骚扰。当电感性负载多次重复开关,则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。这种暂态骚扰能量较小,一般不会引起设备的损坏,但由于其频谱分布较宽,所以会对电子、电气设备的可靠工作产生影响。
电快速速变脉冲群试验的目的就是为了检验电子、电气设备在遭受这类暂态骚扰影响时的性能。重复快速瞬变试验是一种将由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群耦合到电气和电子设备的电源端口、信号和控制端口的试验。试验的要点是瞬变的短上升时间、重复率和低能量。
这种试验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。此波形不是感性负载断开的实际波形(感性负载断开时产生的干扰幅度是递增的),而实验所采用的波形使实验等级更为严酷。 电快速脉冲群是由间隔为300ms的连续脉冲串构成,每一个脉冲串持续15ms,由数个无极性的单个脉冲波形组成,单个脉冲的上升沿5ns,持续时间50ns,重复频率2.5KHz(对4KV测试等级)或5KHz(对其他等级)。根据傅立叶变换,它的频谱是从5K--100M的离散谱线,每根谱线的距离是脉冲的重复频率。对 电源端 子选择耦合/去耦网络施加干扰,耦合电容为33 nF。对I/0信号、数据和控制端口选择专用容性耦合夹施加干扰,等效藕合电容约为50-200 pF。

针对电源线试验的措施
解决电源线干扰问题的主要方法是在电源线入口处安装电源线滤波器,阻止干扰进入设备。快速脉冲通过电源线注入时,可以是差模方式注入,也可以是共模方式注入。对差模方式注入的一般可以通过差模电容(X电容)和电感滤波器加以吸收。若注入到电源线上的电压是共模电压,滤波器必须能对这种共模电压起到抑制作用才能使受试设备顺利通过试验。下面是用滤波器抑制电源线上的电快速脉冲的方法。
(1) 设备的机箱是金属的:
这种情况是最容易的。因为机箱是金属的,它与地线面之间有较大的杂散电容,能够为共模电流提供比较固定的通路。这时,只要在电源线的入口处安装一只含有共模滤波电容的电源线滤波器,共模滤波电容就能将干扰旁路掉,使其回到干扰源。由于电源线滤波器中的共模滤波电容受到漏电流的限制,容量较小,因此对于干扰中较低的频率成分主要依靠共模电感抑制。另外,由于设备与地线面之间的接地线具有较大的电感,对于高频干扰成分阻抗较大,因此设备接地与否对试验的结果一般没有什么影响。除了选择高频性能良好的滤波器以外,在安装滤波器时,注意滤波器应靠近金属机箱上的电源入口处,防止电源线二次辐射造成的干扰。
(2) 设备机箱是非金属的:
如果设备的机箱是非金属的,必须在机箱底部加一块金属板,供滤波器中的共模滤波电容接地。这时的共模干扰电流通路通过金属板与地线面之间的杂散电容形成通路。如果设备的尺寸较小,意味着金属板尺寸也较小,这时金属板与地线面之间的电容量较小,不能起到较好的旁路作用。在这种情况下,主要靠电感发挥作用。此时,需要采用各种措施提高电感高频特性,必要时可用多个电感串联。

针对信号线试验应采取的措施
快速脉冲通过信号/控制线注入时,由于是采用容性耦合夹注入,属共模注入方式。
(1) 信号电缆屏蔽:
从试验方法可知,干扰脉冲耦合进信号电缆的方式为电容性耦合。消除电容性耦合的方法是将电缆屏蔽起来,并且接地。因此,用电缆屏蔽的方法解决电快速脉冲干扰的条件是电缆屏蔽层能够与试验中的参考地线面可靠连接。如果设备的外壳是金属的并是接地的设备,这个条件容易满足。当设备的外壳是金属的,但是不接地时,屏蔽电缆只能对电快速脉冲中的高频成分起到抑制作用,这是通过金属机壳与地之间的杂散电容来接地的。如果机箱是非金属机箱,则电缆屏蔽的方法就没有什么效果。
(2) 信号电缆上安装共模扼流圈:
共模扼流圈实际是一种低通滤波器,只有当电感量足够大时,才能对电快速脉冲群有效果。但是当扼流圈的电感量较大时(往往匝数较多),杂散电容也较大,扼流圈的高频抑制效果降低。而电快速脉冲波形中包含了大量的高频成分。因此,在实际使用时,需要注意调整扼流圈的匝数,必要时用两个不同匝数扼流圈串联起来,兼顾高频和低频的要求。
(3) 信号电缆上安装共模滤波电容:
这种滤波方法比扼流圈具有更好的效果,但是需要金属机箱作为滤波电容的地。另外,这种方法会对差模信号有一定的衰减,在使用时需要注意。
(4) 对敏感电路局部屏蔽:
当设备的机箱为非金属机箱,或者电缆的屏蔽和滤波措施不易实施时,干扰会直接耦合进电路。这时只能对敏感电路进行局部屏蔽。屏蔽体应该是一个完整的六面体。

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时钟同步网

2010/03/21 14:43 于 相关文献

基准时钟
同步网由各节点时钟和传递同步定时信号的同步链路构成.同步网的功能是准确地将同步定时信号从基准时钟传送给同步网的各节点,从而调整网中的各时钟以建立并保持信号同步,满足通信网传递各种通信业务信息所需的传输性的需要,因此基准时钟在同步网中至关重要。
基准时钟源由网络中心基准时钟(NPRC)提供.它由两个铯原子钟或二套接收GPS/GLONASS的同步时钟设备或二套接收双GPS的同步时钟设备组成.本地基准时钟(LPRC)设置在大区或重要的汇接节点上,配置一套接收GPS/GLONASS双星或双GPS的同步时钟设备,具有双备份铷钟,并可通过地面同步链路接收邻近区域内的基准定时信号.由于铯原子钟价格较高,维护管理不方便,作为备用;双星接收机同步时钟设备(包括双GPS)作为主用,它可以提供频率稳定度优于1×10-11长期精度(实际可达1×10-12/天,N×10-13/周),时间精度小于300 ns(实际可达100ns),同时还可利用中国电信国际局基准信号同步本站时钟设备作为备用基准输入。
在各大区中心和重要汇接中心,配置本地基准时钟(LPRC),具有同时接收GPS和GLONASS卫星的同步时钟设备,同时通过PDH 2Mb/s传输链路或SDH的STM-N线路信号接收来自邻近的基准定时信号。

基准时钟信号的传送与分配
在数字同步网中,高稳定度的基准时钟是同步网的最高基准源,通过等级分配结构提供同步信息.例如根据光缆干线网络示意图,设置于一级节点(NPRC)网络中心基准时钟通过PDH或SDH传输系统向二级节点和三级节点传递定时信号.这些数字延伸和基准时钟一起称为基准分配网络.基准分配网络应当设置主用和备用,如果某个二级时钟失去了与基准时钟的同步,它将以保持方式工作,并且在必要时使用备用传输路由满足滑动率指标.因此,在基准分配网络内短时间的中断对同步影响很小,甚至没有影响。

局内综合定时供给
局内综合定时供给发生器,受来自同步链路的至少两个2048Kb/s信号同步,定时供给发生器向楼内的所有被同步的时钟提供2048Kb/s,2048KHZ等多种定时信号。

楼内同步链路选择:
(1)为安全可靠起见,楼内同步链路尽可能分散.例如,主备用定时尽可能来自不同路由;
(2)为防止基准发生故障性中断,应保证同步链路能适时倒换和识别;
(3)为保证基准的质量,在楼内应指定基准传输路由。

同步定时信号的传递方式
当采用分布式多基准钟同步系统时,各基准时钟输出定时信号直接同步本站长途交换机.SDH传输系统和DDN网,同时通过传输系统向各网元时钟提供定时信号。

同步区的划分
各个通信运营公司都必须建立自己的数字同步网,拥有独立的基准参考源和NPRC.由于各运营公司既相互竞争,又要互通互连,因此最好的方法:采用基准参考源均来自卫星信号的同步时钟设备。
各个通信运营公司同步区划分原则上采用建立全国中心(包括大区网络枢纽中心)NPRC.而同步区划分按每一个分公司(省)为一个同步区建立本地LPRC,每一个同步区再划分几个子同步区(或电信区),在沿海发达地区子同步区范围可更小一点,这样更便于维护管理,同时提高各同步区定时信号质量。

同步网时钟及等级
一级基准时钟:
一级基准时钟分为两种:
⑴ 全网基准钟(PRC):由自主运行的铯原子钟组或铯原子钟与卫星定位系统(GPS和/或GLONASS及其他定位系统)组成。PRC是全网同步基准的根本保障,PRC的设置应符合以下原则:
——PRC的设置数量及分布应满足省际SDH传送层的同步稳定和安全可靠性要求,即:宜使省际SDH传送网层有来自两个不同PRC的同步基准源;
——PRC的设置数量及分布应有利于对全程全网漂动指标的控制;
——PRC应设置在省际传送层枢纽节点所在的通信搂内。
⑵ 区域基准钟(LPR),由卫星定时系统(GPS和/或GLONASS及其他定位系统,下同)和铷原子钟组成。它既能接收卫星定位系统的同步,也能同步于PRC,LPR是各省的同步基准源。LPR的设置应符合以下原则:
——LPR的设置数量及分布应满足省内SDH传送网层的同步稳定和安全可靠性要求,即:宜使省内SDH传送网层源自两个不同LPR的同步基准源;
——原则上每个省设置两个LPR(如该省已设有1个PRC,则需设1个LPR),地点选择在省际传送层与省内传送层交汇节点所在的通信搂内。

二级节点时钟(SSU-T)
二级节点时钟是各地市接收LPR同步基准源的同步节点。二级节点时钟的设置应符合以下原则:
——二级节点时钟的设置数量及分布应满足本地SDH传送层的同步稳定和安全可靠性要求,即:宜使本地SDH传送网层源自两个不同SSU-T的同步基准源;
——二级节点时钟设置地点选择在省内传送层与本地传送层交汇节点所在的通信搂内。
——未设有PRC和LPR的省中心一级交换中心、地市二级交换中心、以及本地网的汇接局所在通信楼内也可设置二级节点时钟三级节点时钟(SSU-L)

三级节点时钟由高稳晶体钟组成。三级节点时钟宜设置在本地网端局以及传送层汇聚节点处所在通信楼。三级节点时钟的设置应根据通信楼内业务节点发展、局房条件、本地定时平台上的SDH系统可提供的同步输出端口等因素综合考虑,要切实注意技术经济的实用性和合理性。

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