EMC EFT负脉冲出错问题

目前在做一款心电信号采集的设备,在使用EFT测试机测试时, 遇到了以下两个问题。

第一个问题:
测试内容:
耦合电源: ±1800V,±2000V,±2200V
耦合路径:L,N,PE
脉冲群周期:300ms
脉冲持续时间:75
频率:5KHz
总时间共计120秒,前60秒正脉冲,后60秒负脉冲。

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测试电路:
电脑USB2.0接口供电和通讯,采用12导联信号线。
USB电源经过331共模电感,接Y型电容; 信号线经过共模电感,对地电容未接,差分等长阻抗匹配。
隔离后的电源经过LDO进入单片机,信号通过光耦隔离进入单片机。
TVS使用双向TVS管。

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测试问题:
前60秒正脉冲时间段信号波形影响变化很小,后60秒负脉冲信号波形影响变化很大,在进入负脉冲时间段内老是出现问题(问题情况为USB转FT232芯片出问题,FT232芯片复位下就可以继续)。后来我在USB加了磁环后,测试可以通过,但是负脉冲影响波形变化对比正脉冲大。
这个是什么原因引起,不想加磁环还有什么办法解决吗?

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第二个问题:
测试内容:
同轴测试: ±1000V
耦合路径:耦合夹
脉冲群周期:300ms
脉冲持续时间:75
频率:5KHz
总时间共计120秒,前60秒正脉冲,后60秒负脉冲。

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测试电路:
电脑USB2.0接口供电和通讯,采用12导联信号线。
USB电源经过331共模电感,接Y型电容; 信号线经过共模电感,对地电容未接,差分等长阻抗匹配。
隔离后的电源经过LDO进入单片机,信号通过光耦隔离进入单片机。
TVS使用双向TVS管。
心电信号采用了放电管,电路板使用洋白铜屏蔽。耦合夹距离设备20厘米。耦合夹空间辐射根据厂家描述可以达到2米范围。

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测试问题:
整个时间段信号波形影响变化很大,同样在进入负脉冲时间段内老是出现问题(问题情况为USB转FT232芯片出问题,FT232芯片复位下就可以继续)。目前受耦合夹空间辐射,USB采用了双层屏蔽的USB3.0的线缆,加了磁环还是有问题。这个是什么原因引起,有什么办法解决吗?

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你USB共模电感的Y电容就不应该与PE相连。外部进线你没有做充分的滤波,建议串联磁珠。如果想在不改板的情况下过测试,可以试试把保险丝去掉,在保险丝的位置上串磁珠,磁珠额定电流得额定满足你们的电流需求。

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该回答引用GPTᴼᴾᴱᴺᴬᴵ
问题一:
从问题描述中可以看出,负脉冲对信号波形的影响明显大于正脉冲,且负脉冲时间段内出现了USB转FT232芯片出问题的情况。这可能是由于EMC EFT测试机产生的负脉冲对电路中的某些元器件(如USB转FT232芯片)造成了电磁干扰(EMI),导致其工作不正常。

在没有加磁环的情况下,您可以尝试采取以下措施来减小EMI对电路的影响:

  1. 增加滤波电容:在USB电源和信号线的VCC、GND之间增加滤波电容,以降低高频噪声对电路的影响。
  2. 更换抗干扰能力更强的元器件:如使用抗干扰能力更强的USB转串口芯片、TVS等元器件。
  3. 增加屏蔽:对USB信号线和转换芯片进行屏蔽,以减小外界电磁干扰对电路的影响。
  4. 优化布局:对电路进行优化布局,尽量避免信号线和高压线的交叉,减小电磁干扰的影响。

问题二:
这个问题可能涉及到EMC(电磁兼容性)和信号完整性方面的问题。在测试中,信号线可能会受到电磁干扰(EMI)的影响,从而导致USB转FT232芯片出现问题。

为了解决这个问题,可以考虑采取以下措施:

  1. 优化信号线的设计:采用差分线路、匹配阻抗、减小信号线长度、增加信号线距离地面的距离等措施来减小信号线受EMI影响的可能性。
  2. 增加屏蔽:在信号线和电源线上增加更多的屏蔽,可以减小信号和电源受EMI影响的可能性。
  3. 优化电源线的设计:电源线的设计也会影响EMC性能。可以采用LC滤波器、磁珠、共模电感等元件来减小电源线的EMI干扰。
  4. 增加接地:加强设备的接地,包括机壳、信号线、电源线等的接地,有助于减小设备受EMI干扰的可能性。
  5. 优化PCB布局:优化PCB的布局,包括分离模拟和数字信号、减小回路面积、增加信号线间距等措施来减小PCB受EMI干扰的可能性。
  6. 优化测试方案:针对不同的测试内容,可以采用不同的测试方案,比如改变测试脉冲频率、时长、幅度等参数,或者调整测试设备的位置和方向等。

1、经过今天排查硬件部分,昨天两块同样的硬件电源耦合测试出现不一致的波形;确定是那个做试验的板子其中1M电阻的问题,重新更换后和其他板子测试时保持大体一致。
2、通过电路板整体屏蔽(条件有限,简单包裹了下,若整体使用洋白铜可能会更好),测试和之前情况一样,同轴输出测试不稳定。通过排查,目前暂定是香蕉插头(就是接触到人体的金属接触部分,很多头,共计10个,此测试没有接模拟信号输出器)放置位置不一样,EFT测试时输出波形不同。通过对这些插头盖上一个金属罩,线结合部分加个卡扣磁环,目前测试同轴输出±900,1000,1100,1250均是可以通过。

明天周四在重复测试下,看看同轴测试下还否还有其他情况影响因素。