Engineer It 系列：了解模拟I / O模块的瞬态抗扰度

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大家好！

我叫 Kevin Duke。

我是 德州仪器 (TI) 的

模拟应用工程师。

今天，我将介绍器件 损坏和瞬变

抗扰性的基础知识。

这是新的 原始的 TI IC。

这是遭受 EOS（即 电气过载）后的

IC。

EOS 是指超出 指定器件的

绝对最大规格的 任何电压

或电流。

通常，EOS 损坏的 根本原因

是由器件的 ESD 保护 单元引发的，

这种保护单元 专用于处理低功耗事件。

屏幕上的图形展示了 具有 ESD 保护功能的

通用 I/O 板。

钳位 2 和 3 将 保护输入级

并可视为二极管。

如果发生伴随 足够的电压和电流的瞬变，

那么这些钳位将 转移电导。

当这些钳位 导电时，器件

可能遭到损坏， 表现出参数退化

或完全丧失 功能。

在工业 应用中，需要

保护器件 免受这些瞬变的影响，

从而增强可靠性。

名为 IEC61000-4 的 试验标准会对这些 EOS 事件进行仿真，

为那些证实 能够抵抗

瞬变 EOS 干扰的 产品颁发认证。

此标准先进行 叫作 IEC61000-4-2 的

静电放电 (ESD) 抗扰性试验。

这项试验对操作员 直接在电子

组件上进行 静电放电进行仿真。

为了对该事件 进行模拟，ESD 发生器

将 ESD 脉冲施加到 受试设备 (EUT)，

可采用此照片中所示的 空气放电方式，

也可采用这两张 照片中所示的

垂直或水平 间接耦合板。

这项试验的特点是 上升时间短、

脉冲持续时间 短到低于 100 纳秒、

电压高（高达 15 KV）以及电流小。

这项试验需要 对每个

正负极进行 至少 10 次放电。

许多设备制造商 将 ESD 试验

视为所有试验中优先级 最低的试验，

因为 ESD 的发生 仅限于 I/O 模块的安装和

维护工作中。

在这些活动 期间，操作员

应穿戴 ESD 防护服，

并应在接触模块 之前特意进行

自身放电。

IEC61000-4-4 是 一项脉冲群抗扰性

或电快速 瞬变试验。

许多制造商 认为这项试验

最重要，因为该试验 对工业应

用领域中的日常开关 瞬变进行了仿真。

此试验作用于电源、 信号和地线，

或其中一部分，具体 取决于哪些适用于 EUT。

在此项试验中， 脉冲群发生器产生一系列

持续时间为 15 毫秒、脉冲率为 5 kHz 的

瞬时脉冲。

两个瞬时脉冲之间的 间隔时间为 300 毫秒。

这些信号通过耦合 沟道进入系统，

如此处所示。

此试验脉冲的 重要特性在于

其短暂的上升时间、 高重复率

和能量。

相对于峰值 电压 15kV 的 ESD 脉冲，

虽然 EFT 脉冲的 峰值电压

仅为 4kV，但 EFT 脉冲提供的 能量超过其两倍以上。

此外，此项试验要求 应用六个

持续时间为 10 秒的

瞬时脉冲帧，两帧 之间有 10 秒的暂停间隔。

整个 EFT 脉冲序列

比 ESD 脉冲提供的 能量大四个数量级。

虽然从电流和 持续时间的角度看，

浪涌 抗扰度试

验 IEC61000-4-5 是 最严格的瞬变抗扰性试验，

但是其应用通常 局限于较长的信号和电源线

（长度 大于 30 米）和高电压

系统（输出或 输入

大于 60 伏）。

这项试验对 由日常雷击

或电力系统 切换（包括

负载变化 和短路）引起的

开关瞬变 进行仿真。

这项试验的一个 特点是高电流，

其原因在于发生器输出阻抗较低； 另一特点是脉冲持续时间长，

比 ESD 和脉冲群试验的 时间长约 1,000 倍，

这意味着很高的 能量脉冲。

这项试验需要 5 个 正浪涌脉冲和 5 个

负浪涌脉冲， 两个相继脉冲之间的时间间隔

为 1 分钟或更短。

这张照片显示了浪涌 抗扰度试验的设置。

使用大隔离器 来保护辅助设备

（如万用表和 电源），

防止其在试验期间损坏。

只要系统在 接受这些试验

之后不会遭到 永久损坏，

便表示其通过了 试验。 通过试验的

单元将 获得

不同类别的结果。

A 类系统即使 在承受瞬变信号的

过程中也能够在指定的 误差范围内正常工作。

B 类系统在承受 瞬变的过程中会表现出

性能下降，但能 自动恢复。

最后，C 类系统 在遭遇瞬变事件后

需要进行 外部交互才能恢复。

总之， 了解和利用

所有 IEC 瞬变信号的 四个基本属性

有助于为系统提供 可靠的抗扰性。

它们是可能重复 出现并可能

产生强电流的 高电压信号和高频率信号。

有关详细信息， 请访问以下 URL。

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我叫 Kevin Duke。

我是 德州仪器 (TI) 的

模拟应用工程师。

今天，我将介绍器件 损坏和瞬变

抗扰性的基础知识。

这是新的 原始的 TI IC。

这是遭受 EOS（即 电气过载）后的

IC。

EOS 是指超出 指定器件的

绝对最大规格的 任何电压

或电流。

通常，EOS 损坏的 根本原因

是由器件的 ESD 保护 单元引发的，

这种保护单元 专用于处理低功耗事件。

屏幕上的图形展示了 具有 ESD 保护功能的

通用 I/O 板。

钳位 2 和 3 将 保护输入级

并可视为二极管。

如果发生伴随 足够的电压和电流的瞬变，

那么这些钳位将 转移电导。

当这些钳位 导电时，器件

可能遭到损坏， 表现出参数退化

或完全丧失 功能。

在工业 应用中，需要

保护器件 免受这些瞬变的影响，

从而增强可靠性。

名为 IEC61000-4 的 试验标准会对这些 EOS 事件进行仿真，

为那些证实 能够抵抗

瞬变 EOS 干扰的 产品颁发认证。

此标准先进行 叫作 IEC61000-4-2 的

静电放电 (ESD) 抗扰性试验。

这项试验对操作员 直接在电子

组件上进行 静电放电进行仿真。

为了对该事件 进行模拟，ESD 发生器

将 ESD 脉冲施加到 受试设备 (EUT)，

可采用此照片中所示的 空气放电方式，

也可采用这两张 照片中所示的

垂直或水平 间接耦合板。

这项试验的特点是 上升时间短、

脉冲持续时间 短到低于 100 纳秒、

电压高（高达 15 KV）以及电流小。

这项试验需要 对每个

正负极进行 至少 10 次放电。

许多设备制造商 将 ESD 试验

视为所有试验中优先级 最低的试验，

因为 ESD 的发生 仅限于 I/O 模块的安装和

维护工作中。

在这些活动 期间，操作员

应穿戴 ESD 防护服，

并应在接触模块 之前特意进行

自身放电。

IEC61000-4-4 是 一项脉冲群抗扰性

或电快速 瞬变试验。

许多制造商 认为这项试验

最重要，因为该试验 对工业应

用领域中的日常开关 瞬变进行了仿真。

此试验作用于电源、 信号和地线，

或其中一部分，具体 取决于哪些适用于 EUT。

在此项试验中， 脉冲群发生器产生一系列

持续时间为 15 毫秒、脉冲率为 5 kHz 的

瞬时脉冲。

两个瞬时脉冲之间的 间隔时间为 300 毫秒。

这些信号通过耦合 沟道进入系统，

如此处所示。

此试验脉冲的 重要特性在于

其短暂的上升时间、 高重复率

和能量。

相对于峰值 电压 15kV 的 ESD 脉冲，

虽然 EFT 脉冲的 峰值电压

仅为 4kV，但 EFT 脉冲提供的 能量超过其两倍以上。

此外，此项试验要求 应用六个

持续时间为 10 秒的

瞬时脉冲帧，两帧 之间有 10 秒的暂停间隔。

整个 EFT 脉冲序列

比 ESD 脉冲提供的 能量大四个数量级。

虽然从电流和 持续时间的角度看，

浪涌 抗扰度试

验 IEC61000-4-5 是 最严格的瞬变抗扰性试验，

但是其应用通常 局限于较长的信号和电源线

（长度 大于 30 米）和高电压

系统（输出或 输入

大于 60 伏）。

这项试验对 由日常雷击

或电力系统 切换（包括

负载变化 和短路）引起的

开关瞬变 进行仿真。

这项试验的一个 特点是高电流，

其原因在于发生器输出阻抗较低； 另一特点是脉冲持续时间长，

比 ESD 和脉冲群试验的 时间长约 1,000 倍，

这意味着很高的 能量脉冲。

这项试验需要 5 个 正浪涌脉冲和 5 个

负浪涌脉冲， 两个相继脉冲之间的时间间隔

为 1 分钟或更短。

这张照片显示了浪涌 抗扰度试验的设置。

使用大隔离器 来保护辅助设备

（如万用表和 电源），

防止其在试验期间损坏。

只要系统在 接受这些试验

之后不会遭到 永久损坏，

便表示其通过了 试验。 通过试验的

单元将 获得

不同类别的结果。

A 类系统即使 在承受瞬变信号的

过程中也能够在指定的 误差范围内正常工作。

B 类系统在承受 瞬变的过程中会表现出

性能下降，但能 自动恢复。

最后，C 类系统 在遭遇瞬变事件后

需要进行 外部交互才能恢复。

总之， 了解和利用

所有 IEC 瞬变信号的 四个基本属性

有助于为系统提供 可靠的抗扰性。

它们是可能重复 出现并可能

产生强电流的 高电压信号和高频率信号。

有关详细信息， 请访问以下 URL。

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