GJB151B—2013军用设备分系统骚扰信号新增检测项解析

马静 李乔 赵云

摘要：GJB151B-2013中新增了对地线传导敏感度的检测要求：CS102 25Hz～50kHz 地线传导敏感度，对静电放电敏感度的测试要求：CS112 静电放电敏感度；本文就新增项目的测试目的、测试方法、限值要求进行解析，并针对测试中EUT的故障机理和整改开展研究，为军用设备和分系统的设计人员和测试人员对GJB151B-2013中新增项目的理解提供了一种思路。

关键词：GJB151B-2013 地线 静电放电 整改

中图分类号：TM937.65 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0226-03

1 概述

国军标GJB151B-2013 《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》是在国军标GJB151A-1997 《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》和GJB152A-1997《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》基础上进行了一系列必要的修订后的替代版本。GJB151B-2013不仅合理地融合了GJB151A-1997和GJB152A-1997的内容，更在检测项目、检测项配置、检测设备的要求，以及检测项限值等方面做出了更加明确的规定以及更具检测适应性的调整，其中最受关注的修改部分莫过于增加了检测项：“CS10225Hz～50kHz 地线传导敏感度”和“CS112静电放电敏感度”。本文就GJB151B-2013中新增项目CS102、CS112的检测目的，检测方法等进行了解析和说明，并对检测项CS102、CS112检测中，EUT故障的产生机理提出了一些分析建议。

2 CS102 25Hz～50kHz 地线传导敏感度

2.1 检测方法

GJB151B-2013中规定在“水面舰船、潜艇上对低频干扰信号敏感且带地线的设备和分系统”的地线上注入“25Hz～50kHz、1V的开路电压信号”，信号注入时，“EUT不应出现故障、性能降低或超出产品规范中规定的指标允差。”检测配置方法见如图1。

如图1所示，CS102项检测的主要操作在于：

（1）由信号发生器产生频率范围为“25Hz～50kHz”的干扰信号，信号扫描最大步长依据GJB151B-2013中 “4.3.11.5.1 频率扫描”的要求，具体数值详见表1。

（2）干扰信号通过功率放大器线性放大后，通过耦合变压器以电流耦合的方式向EUT地线注入“1V的开路电压信号”作为干扰信号。

（3）每一调谐频率上至少驻留3s或EUT的响应时间（取大者）。

当EUT接地线未能为系统提供一个阻抗最小的回路路径，使干扰信号进入EUT，或当EUT对共模干扰的抗干扰能力较弱时，EUT就会出现“故障、性能降低或超出产品规范中规定的指标允差”的现象；如表1所示。

2.2 检测目的

由GJB151B-2013中规定的CS102的检测方法不难看出，该检测项的检测目的在于检验EUT地线的接地能力（阻抗是否足够小），以及EUT对共模干扰的抗干扰能力。

2.3 EUT常见故障分析

实际的EUT会具备很多接地点（线），根据接地目的的不同，可分为安全地、交流地、直流地、机壳地、屏蔽地、信号地、数字地、模拟地和防雷地。EUT的地线设计，即接地设计一直是电磁兼容性设计比较关键的一个环节，也是在EUT定型后比较难以实现有效整改的设计环节。在EUT电磁兼容检测中，很多EUT在检测中出现的电磁干扰问题都可以故障定位于EUT的接地设计不合理。GJB151B-2013中新增了CS102，这项检测实现了对地线设计的电磁兼容性的针对性考察，可将很多电磁干扰问题更直观的定位于EUT的地线设计。

实现对EUT地线设计的整改，首先需要了解由地线接地效果不佳引发的干扰问题的产生机理：

（1）EUT的地线不是理想的等电位体，实际的地线都是有阻抗的。当地线上有电流流过时，地线上会形成电压，此时地线不再是个等电位体， EUT地线各点位电位不同，这势必与EUT对地线的设计要求不同，因此会引起EUT产生故障；（2）电流总是选择阻抗最小的路径，当地线的阻抗过大时，EUT内部或外部产生的干扰信号会在相互连接的各用途接地线直接形成环流，当干扰信号进入信号地、数字地、模拟地等接地线时，就可能会产生故障。地环路产生机理如图2所示。

2.4 设计建议

当EUT的接地设计已经完成，如在CS102检测中出现了故障，此时EUT的接地电阻已很难改变，则需寻找隔离接地干扰的接地设计方法，消除接地干扰的影响：分析了由地线接地效果不佳引起的故障机理后不难发现，切断干扰信号的地环路是消除故障比较有效的方法。目前切断地环路比较常用的方法有采用隔离变压器、光耦合、增加共模扼流圈。

（1） 隔离变压器。隔离变压器使两设备间的信号传输通过磁场耦合实现，避免了电气直接连接，实现了干扰信号在地环路上上的串联干扰。但隔离变压器的初次级之间存在寄生电容，因此对高频干扰信号的隔离效果不是很理想。

（2）光耦隔离器。光耦器件的寄生电容为2pF左右，因此对高频干扰信号的隔离效果比较理想，尤其在强弱电共同存在的系统中，还能够抑制强电的大电流快速通断引起的幅值很高的电压或电流脉冲干扰。

（3）共模扼流圈。线-地间产生的干扰电压在地线上产生了干扰电流可认为是共模电流。共模扼流圈增加了共模电流的感性阻抗，是抑制地线上共模电流的有效方法。

3 CS112 静电放电敏感度

3.1 检测目的

GJB151B-2013中规定CS112检测项的适用范围为：“本项目适用于可能工作在容易产生人体静电放电的环境中（例如沙漠、装有空调的房间、使用人造纤维、塑料的环境等）并与人体可能接触的设备和分系统”。从“适用范围”中可以看出，CS112检测项的检测目的在于检测EUT抵御人体接触EUT时由静电产生的瞬态高幅值电流干扰的抗干扰能力。

3.2 检测方法

GJB151B-2013中对CS112检测项的检测设备、配置和步骤的要求是依据GB/T 17626.2 《电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》中的要求，基本的操作是：由检测人员使用静电发生器在EUT上的点和面实施放电。对于放电点的选取，GB/T17626.2中规定“除非在通用标准、产品标准或产品类标准中有其他规定，静电放电只施加在正常使用时人员可接触到的受试设备上的点和面”。放电点选取的情况在GB/T 17626.2-2006（1）中的8.3.1进行了详细的说明。在测试配置方面，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，具体区别如表2所示。

在屏蔽室外测试使用的地面金属接地平板每个方向上：≥1.5m

伸出受试设备或耦合板之外0.5m

（1）注：GB/T 17626.2-2006是GB/T 17626.2的最新版本。

虽然GJB151B-2013在CS112的规定大多来自GB/T 17626.2中的要求，但对于检测限值和放电模式方面，GJB151B-2013中有如下要求：

（1）将EUT分为A类和B类，并分别作出了限值要求，如表3，表4所示；（2）在放电模式方面，规定“应优先使用接触放电法。当接触放电法不适用时，使用空气放电法”。

3.3 EUT常见故障分析

对于电子器件而言，工作过程中遭遇静电脉冲是不可避免的。静电作为一种瞬变电磁现象，在时域上具有陡峭的上升沿，很窄的脉宽，同时幅值极大，随着各类如USB接口等外围芯片的使用，静电脉冲逐渐成为了电子器件失效的首要原因。

从电学角度来看，人体可以作为储能元件，相对干燥的环境下，由摩擦等原因使静电产生并在人体积累，当人体接触电子器件的瞬间，人体作为一个相对的高电位，电子器件作为一个相对的低电位，二者的电位差让储存在人体的电荷找到了泄放的通路，瞬间的高脉冲击穿空气对电子器件形成导电通路，甚至击穿电子器件；如表3表4所示。

CS112检测项的检测波形如图3所示。

3.4 设计建议

从静电脉冲的产生原因中不难看出，消除静电脉冲影响的主要方法在于建立静电脉冲的泄放通路，实现静电脉冲和EUT内部功能部件的隔离，以消除静电脉冲对EUT功能部件的影响，提高EUT对静电脉冲的抗干扰能力。

在EUT功能模块中加入静电防护组件是在EUT设计研发阶段比较常用的静电方法手段。但当EUT在试验阶段，进行CS112检测中出现故障，无法更改内部模块结构时，可在测试故障点出增加瞬态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor，TVS）实现对静电脉冲的防护。

TVS是典型的PN结雪崩器件，其单向特性如图4所示。当TVS管两端的电位差瞬间增大，遭遇瞬间高能量冲击时，其阻抗可实现迅速的变化，并能吸收一个巨大的电流，将管两端的电压箝位在一个较小的值，从而实现消除瞬态高脉冲泄放。

4 结语

GJB151B-2013新增了检测项目“CS102 25Hz～50kHz 地线传导敏感度”和“CS112 静电放电敏感度”，是对军用设备和分系统电磁兼容性要求的提升，但同时检测结果也有助于EUT电磁兼容性薄弱环节的定位，同时，增加的检测项目更加可引起军品设计研发人员对产品接地设计和静电脉冲防护方面关注度，从而在研发阶段提高产品的电磁兼容性。

参考文献

[1]杨周伟，翟东媛.高抗ESD瞬态电压抑制器的研究[J].功能材料与器件学报，2013，04.

[2]吕士斌，梁雪松.电磁兼容设计中接地技术的探讨[J].舰船电子对抗，2012.2.

[3]李建轩，张勇，刘正伟.地线产生的电磁敏感度故障机理与解决措施[J].船电技术，2012.1.