电气快速瞬变(EFT)脉冲的突发能量可能会耦合进附近的电通道,存在破坏电子系统中数字信号的风险,从而引起意外闭锁或复位等故障。示波器可以用来捕获、显示和分析EFT事件,借助该功能,即使两个EFT事件间隔时间很长, 也能被捕获。但许多电磁兼容(EMC)工程师并不了解示波器的这一功能及其可能带来的好处。

你还可以检测到由EF T事件造成的“矮”脉冲,并最终计算出一个EFT脉冲的能量。利用这些信息,就可以对设计进行修改以提高抗EFT干扰性能。EFT事件是在电流瞬时中断的情况下发生的,会在触点之间形成电弧放电,进而破坏电路和系统。电弧产生的电磁场会通过电缆、走线和连接器耦合进电路通道。引起EFT事件的常见原因包括继电器触点颤动、断路器的打开和闭合、电感负载的切换以及设备断电。电触点之间气隙的击穿也常常会触发EFT脉冲的快速爆发。

顺序捕获

若要捕获一连串的快速脉冲(如EFT 脉冲) 或被长时间间隔的事件窄片( 比如EFT突发脉冲串),顺序采集是一种理想的方法。在顺序捕获模式下, 示波器可以显示由许多固定大小的分段组成的完整波形。通过设定想要的分段数目、最大的分段长度和可用的总内存,就能启动顺序采集功能了。这些参数决定了示波器可以捕获的事件的实际数目。

顺序时基模式对EFT分析有双重好处,因为利用它可以精细捕获具有很长时间间隔的复杂的事件序列,同时忽略事件之间的无用周期(长间隔时间)。你可以使用高精度的采集时基在事件之间对所选分段进行定时测量。图1显示了顺序时基捕获操作图。

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图1:顺序时基采集操作可以消除目标事件之间的“无用”时间

顺序时基捕获可以自动采集每个分段的时间戳,帮助确认EFT突发脉冲串事件的频率。另外,顺序时基模式使用先进的触发技术来隔离稀有事件,用这种方式可以检测错误的EFT 脉冲形状。

图2显示了在顺序捕获模式下以分段的形式采集到的一系列EFT突发脉冲串。注意,顺序捕获过程消除了脉冲串之间的长间隔时间,只留下采集时需要的突发脉冲串波形。每个突发脉冲串都带有时间戳信息,包括采集的日期和时间、序列开始的时间以及对应EFT突发脉冲串间隔时间的分段间隔时间。

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图2:顺序捕获模式使示波器可以显示EFT突发脉冲串,这些突发脉冲串以带时间戳的分段形式采集得到

作为对比,图3显示的是EFT脉冲,而不是作为分段采集的突发脉冲串。

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图3:示波器捕获EFT脉冲,并通过时间戳将它们标记为分段

示波器其实可以捕获成千上万个脉冲。需要注意的是,顺序脉冲串捕获的时间标度是每格2ms(对应于20ms的时间捕获窗口),而顺序脉冲捕获的时间标度是每格100ns(对应于1μs的时间捕获窗口)。

EFT脉冲串捕获模式下的分段间时间戳显示突发脉冲串之间的间隔时间约为100ms,而EFT脉冲捕获模式下的分段间时间戳则显示脉冲之间的间隔时间约为100μs。两种捕获的时间标度相差1,000倍,突显了单个EFT脉冲和EFT脉冲串的不同特性。

检测EFT异常

判定一个设备是否具备抗EFT干扰能力需要使用发生器(图4)来仿真快速EFT脉冲。为了确保EFT仿真器产生正确的脉冲形状和突发脉冲串时序,必须用示波器进行测试。顺序采集有助于找出潜在的问题,利用顺序采集显示模式可以检测EFT异常( 图5)。这个案例从序列中采集了一个脉冲幅度大约只有正常值一半的EFT脉冲。

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图4:用EFT发生器产生测试脉冲

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图5:由EFT引起的信号异常(左)也出现在瀑布图(右)中

与正常高度的EFT脉冲相比,使用叠加显示(左图)和瀑布显示(右图)可以非常清楚地看到图5中低矮的EFT脉冲。图5中捕获到的EFT脉冲异常的潜在根源可能是瞬态仿真器中的坏触点造成脉冲达不到满幅度。

图6显示了在通道2上捕获到的EFT突发脉冲串(左上格中的粉色)。从Z2到Z8的7次连续放大显示了大图片和EFT突发脉冲串的细节,每次放大都会显示比上次更多的细节。这些放大图中包含单个突发脉冲串的图和突发脉冲串中单个脉冲的图。使用多格显示格式,每一条线迹在各自的显示格内的情况都清晰可见。

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图6:参数测量可以计算突发脉冲串间隔时间和脉冲能量等

EFT事件的数值参数测量

至此我们主要讨论了用于识别EFT脉冲质量问题的可视技术。数值参数测量同样功能强大,可描述EFT事件的特性并对EFT事件进行调试。

图5使用了8个测量参数,每个参数可让你进一步了解所采集的EFT突发脉冲串和脉冲。测量可以限制在一个特定的区域, 测量参数P1 描述了单个突发脉冲串中脉冲的频率。其它测量参数可以根据不同的兴趣独立配置。在测量表(图5的左下方)中,参数P1显示EFT频率大约为10kHz。

一个突发脉冲串的结束和另一个突发脉冲串的开始之间的脉冲边沿可以看成是一个负向脉冲,因此可以使用宽度测量参数自动测量突发脉冲串之间的空闲时间。参数P2 使用负极性脉冲宽度测量值来确定脉冲串间隔时间。

注意,P 4使用的是另一个脉冲宽度测量参数,它选择的是正极性脉冲,因此测量的是脉冲宽度而不是突发脉冲串间隔时间。也因为此,P4的脉冲宽度测量结果(EFT脉冲宽度)在150ns数量级,而P2的脉冲宽度测量结果(EFT间隙时间)大约是90ms,它们在量级上有显著差异。

数学运算符F2(右上格里的粉色)是通道C2的平方,因此输出的单位可以是V。单位为焦耳的能量是用数学链和测量运算符F2、P6、P7和P8计算出来的。

以P6开始,将面积参数运用到平方函数F 2中得到曲线下方的面积; 接着,在参数P7中设定50 Ω这个测量常数; 最后, 用P8 中的比例运算符除以P6/P7可以得到以微焦为单位的能量。

总结

顺序波形的采集不仅可以简化EFT事件的捕获,还有助于观察脉冲的异常和变化。当熟悉的测量参数以新的方式( 比如用负脉冲宽度确定EFT脉冲串时间) 与数学运算符和测量参数( 比如计算能量)一起使用时,可以充分有效地检测和分析电气快速瞬变脉冲的特征。

《电子技术设计》2017年4月刊版权所有,谢绝转载。

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