GJB151B—2013軍用設備分系統騷擾信號新增檢測項解析

馬靜 李喬 趙云

摘要：GJB151B-2013中新增了對地線傳導敏感度的檢測要求：CS102 25Hz～50kHz 地線傳導敏感度，對靜電放電敏感度的測試要求：CS112 靜電放電敏感度；本文就新增項目的測試目的、測試方法、限值要求進行解析，并針對測試中EUT的故障機理和整改開展研究，為軍用設備和分系統的設計人員和測試人員對GJB151B-2013中新增項目的理解提供了一種思路。

關鍵詞：GJB151B-2013 地線 靜電放電 整改

中圖分類號：TM937.65 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0226-03

1 概述

國軍標GJB151B-2013 《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量》是在國軍標GJB151A-1997 《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求》和GJB152A-1997《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度測量》基礎上進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的內容，更在檢測項目、檢測項配置、檢測設備的要求，以及檢測項限值等方面做出了更加明確的規定以及更具檢測適應性的調整，其中最受關注的修改部分莫過于增加了檢測項：“CS10225Hz～50kHz 地線傳導敏感度”和“CS112靜電放電敏感度”。本文就GJB151B-2013中新增項目CS102、CS112的檢測目的，檢測方法等進行了解析和說明，并對檢測項CS102、CS112檢測中，EUT故障的產生機理提出了一些分析建議。

2 CS102 25Hz～50kHz 地線傳導敏感度

2.1 檢測方法

GJB151B-2013中規定在“水面艦船、潛艇上對低頻干擾信號敏感且帶地線的設備和分系統”的地線上注入“25Hz～50kHz、1V的開路電壓信號”，信號注入時，“EUT不應出現故障、性能降低或超出產品規范中規定的指標允差?！睓z測配置方法見如圖1。

如圖1所示，CS102項檢測的主要操作在于：

（1）由信號發生器產生頻率范圍為“25Hz～50kHz”的干擾信號，信號掃描最大步長依據GJB151B-2013中 “4.3.11.5.1 頻率掃描”的要求，具體數值詳見表1。

（2）干擾信號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”作為干擾信號。

（3）每一調諧頻率上至少駐留3s或EUT的響應時間（取大者）。

當EUT接地線未能為系統提供一個阻抗最小的回路路徑，使干擾信號進入EUT，或當EUT對共模干擾的抗干擾能力較弱時，EUT就會出現“故障、性能降低或超出產品規范中規定的指標允差”的現象；如表1所示。

2.2 檢測目的

由GJB151B-2013中規定的CS102的檢測方法不難看出，該檢測項的檢測目的在于檢驗EUT地線的接地能力（阻抗是否足夠?。?，以及EUT對共模干擾的抗干擾能力。

2.3 EUT常見故障分析

實際的EUT會具備很多接地點（線），根據接地目的的不同，可分為安全地、交流地、直流地、機殼地、屏蔽地、信號地、數字地、模擬地和防雷地。EUT的地線設計，即接地設計一直是電磁兼容性設計比較關鍵的一個環節，也是在EUT定型后比較難以實現有效整改的設計環節。在EUT電磁兼容檢測中，很多EUT在檢測中出現的電磁干擾問題都可以故障定位于EUT的接地設計不合理。GJB151B-2013中新增了CS102，這項檢測實現了對地線設計的電磁兼容性的針對性考察，可將很多電磁干擾問題更直觀的定位于EUT的地線設計。

實現對EUT地線設計的整改，首先需要了解由地線接地效果不佳引發的干擾問題的產生機理：

（1）EUT的地線不是理想的等電位體，實際的地線都是有阻抗的。當地線上有電流流過時，地線上會形成電壓，此時地線不再是個等電位體， EUT地線各點位電位不同，這勢必與EUT對地線的設計要求不同，因此會引起EUT產生故障；（2）電流總是選擇阻抗最小的路徑，當地線的阻抗過大時，EUT內部或外部產生的干擾信號會在相互連接的各用途接地線直接形成環流，當干擾信號進入信號地、數字地、模擬地等接地線時，就可能會產生故障。地環路產生機理如圖2所示。

2.4 設計建議

當EUT的接地設計已經完成，如在CS102檢測中出現了故障，此時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計方法，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理后不難發現，切斷干擾信號的地環路是消除故障比較有效的方法。目前切斷地環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。隔離變壓器使兩設備間的信號傳輸通過磁場耦合實現，避免了電氣直接連接，實現了干擾信號在地環路上上的串聯干擾。但隔離變壓器的初次級之間存在寄生電容，因此對高頻干擾信號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，因此對高頻干擾信號的隔離效果比較理想，尤其在強弱電共同存在的系統中，還能夠抑制強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-地間產生的干擾電壓在地線上產生了干擾電流可認為是共模電流。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 檢測目的

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

3.2 檢測方法

GJB151B-2013中對CS112檢測項的檢測設備、配置和步驟的要求是依據GB/T 17626.2 《電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗》中的要求，基本的操作是：由檢測人員使用靜電發生器在EUT上的點和面實施放電。對于放電點的選取，GB/T17626.2中規定“除非在通用標準、產品標準或產品類標準中有其他規定，靜電放電只施加在正常使用時人員可接觸到的受試設備上的點和面”。放電點選取的情況在GB/T 17626.2-2006（1）中的8.3.1進行了詳細的說明。在測試配置方面，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，具體區別如表2所示。

在屏蔽室外測試使用的地面金屬接地平板每個方向上：≥1.5m

伸出受試設備或耦合板之外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的規定大多來自GB/T 17626.2中的要求，但對于檢測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，規定“應優先使用接觸放電法。當接觸放電法不適用時，使用空氣放電法”。

3.3 EUT常見故障分析

對于電子器件而言，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象，在時域上具有陡峭的上升沿，很窄的脈寬，同時幅值極大，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。

從電學角度來看，人體可以作為儲能元件，相對干燥的環境下，由摩擦等原因使靜電產生并在人體積累，當人體接觸電子器件的瞬間，人體作為一個相對的高電位，電子器件作為一個相對的低電位，二者的電位差讓儲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電子器件形成導電通路，甚至擊穿電子器件；如表3表4所示。

CS112檢測項的檢測波形如圖3所示。

3.4 設計建議

從靜電脈沖的產生原因中不難看出，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，實現靜電脈沖和EUT內部功能部件的隔離，以消除靜電脈沖對EUT功能部件的影響，提高EUT對靜電脈沖的抗干擾能力。

在EUT功能模塊中加入靜電防護組件是在EUT設計研發階段比較常用的靜電方法手段。但當EUT在試驗階段，進行CS112檢測中出現故障，無法更改內部模塊結構時，可在測試故障點出增加瞬態電壓抑制器（Transient Voltage Suppressor，TVS）實現對靜電脈沖的防護。

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

4 結語

GJB151B-2013新增了檢測項目“CS102 25Hz～50kHz 地線傳導敏感度”和“CS112 靜電放電敏感度”，是對軍用設備和分系統電磁兼容性要求的提升，但同時檢測結果也有助于EUT電磁兼容性薄弱環節的定位，同時，增加的檢測項目更加可引起軍品設計研發人員對產品接地設計和靜電脈沖防護方面關注度，從而在研發階段提高產品的電磁兼容性。

參考文獻

[1]楊周偉，翟東媛.高抗ESD瞬態電壓抑制器的研究[J].功能材料與器件學報，2013，04.

[2]呂士斌，梁雪松.電磁兼容設計中接地技術的探討[J].艦船電子對抗，2012.2.

[3]李建軒，張勇，劉正偉.地線產生的電磁敏感度故障機理與解決措施[J].船電技術，2012.1.