王楊峰

（寧波柯力傳感科技股份有限公司 浙江 寧波 315033）

射頻輻射抗擾度（RS）測試是GB/T 7724-2008《電子稱重儀表》[1]中規(guī)定的電子稱重儀表取得計量型式批準證書必須要過的測試項目。由于新國標把抗干擾等級由原來的3 V/m提高到10 V/m，大大提高了儀表通過RS測試的難度。筆者以某型電子稱重儀表射頻輻射抗擾度測試為例，歸納總結出儀表設計的設計方法及注意事項，供大家借鑒。

1 儀表結構

試驗中使用的某型電子稱重儀表，整體采用鋁合金外殼，薄膜開關樣式。硬件部分電源采用開關電源，CPU選用ST公司32位ARM處理器STM32F103，ADC選用ADI公司24位模數轉換芯片AD7190，顯示采用 128×64點陣2.7’’OLED顯示屏。10路隔離輸入和12路隔離輸出，標配1個RS232和1個RS485接口?？驁D如圖1所示。其中，CPU、顯示和ADC電源共用一個變壓器次級繞組，通訊電源用另一繞組，即通訊與其他電路隔離。

2 測試標準和方法

根據GB/T 7724-2008《電子稱重儀表》和GB/T 23111-2008《非自動衡器》[2]中規(guī)定電子稱重儀表RS測試標準如下：

頻率范圍：80～2 000 MHz

場強：10 V/m

圖1 儀表硬件框圖Fig.1 Hardware block diagram of meter

調制：80%AM，1 kHz，正弦波

最大允許變化：在有干擾和無干擾情況下測試，示值變化不大于e或衡器應檢測到顯著增差并對其作出反應。

試驗在半波暗室中進行，試驗設備、設置、程序按照GB/T 17626.3[3]規(guī)定執(zhí)行。其中特別需要關注布線問題，以免影響試驗結果，必須遵守“從受試設備引出的連線暴露在電磁場中的距離為1 m”的規(guī)定。測試中電子稱重儀表引出的連線有電源線、傳感器線、通訊線和IO口輸入輸出線，這4組線必須暴露在電磁場中的距離為1 m，如圖2所示。

3 RS測試整改與分析

儀表設置：

圖2 試驗儀表位置示意圖Fig.2 Location diagram of testing meter

1）10 mV信號儀表標定200 000內碼，每個e對應20個內碼；

2）信號源采用350 Ω電阻應變式傳感器，傳感器信號線采用屏蔽線，屏蔽接保護地PE；

3）1 M電阻R1和2 200 pF/2 kV高壓瓷片電容C1并聯(lián)跨接在儀表保護地PE與儀表工作地GND之間；

4）儀表的引出線全部接上引出；

5）儀表關閉零點跟蹤等功能；

6）儀表外殼接保護地PE；

7）儀表在內碼狀態(tài)下顯示；

3.1 初始結果

按照上節(jié)的測試標準和方法進行測試，這邊需要指出的是傳感器必須穩(wěn)定一段時間，以消除環(huán)境等因素的干擾[4]，結果如表1、表2所示。

表1 RS測試水平輻射初始結果Tab.1 RS testing initial result of horizontal radiation

表2 RS測試垂直輻射初始結果Tab.2 RS testing initial result of vertical radiation

從表1、表2中可看出，電子稱重儀表受輻射干擾主要在低頻段（80～1 000 MHz），高頻段（1～2 GHz）幾乎對儀表沒有影響。針對此款儀表主要集中在200 MHz以下頻段，水平輻射儀表內碼變化34，垂直輻射抗擾內碼變化33，均超過1個e，20個內碼變化，有3處敏感點。水平輻射和垂直輻射敏感點大致相同，試驗以水平輻射整改為主，水平輻射合格后再驗證垂直輻射。

3.2 整 改

整改1：一般來說，射頻干擾是通過導體傳導和空間輻射兩個途徑從干擾源傳遞到敏感設備的[5-6]。切斷這兩條傳播途徑就可以解決射頻干擾問題。從儀表引出的各類接口線著手成為首選解決問題的途徑。

分別撥掉儀表IO口輸入輸出線和通訊線后進行低頻水平輻射，結果如表3、表4所示。

表3拔掉通信線的測試結果Tab.3 Testing result of removing the communication line

表4 拔掉IO口線的測試結果Tab.4 RS testing initial result of removing the IO line

從表3、表4中可看出，IO口輸入輸出線對試驗結果幾乎沒有影響，拔掉通訊線后在頻率點130 MHz和180 MHz處儀表示值明顯得到改善。從而可得出射頻干擾通過通訊線接收，傳入儀表內部，引起內碼變化。

措施：分析通訊部分電路，發(fā)現(xiàn)通訊線沒有進行濾波處理。在通訊線上增加三端濾波器件，注意地線上也要加三端濾波器件，這一點要特別注意。接上通訊線后再進行低頻水平輻射，結果如表5所示。

表5 增加接口濾波的測試結果Tab.5 Testing result of adding interface filtering

對比表1與表5，結果顯示對通訊接口進行濾波處理后，儀表受到的干擾明顯減小。但在130 MHz和180 MHz初相對初值還是有不小的變化，分別為12個內碼和7個內碼，整個頻段有19個內碼的變化，若考慮器件差異性等因素，極易超出20個內碼。

整改2：整改1中，通過在通訊接口線上增加三端濾波器件后，抗干擾效果明顯，但從表3和表5的結果中可看出，還是有一部分干擾通過通訊電路干擾到ADC電路。電路上，通訊信號線與CPU通過光耦隔離，通訊5 V電源從變壓器次級繞組2再經LDO穩(wěn)壓得到。從傳輸路徑來看干擾最有可能從通訊地通過變壓器次級繞組2耦合到次級繞組1，從而干擾到ADC。

措施：在保護地PE和通訊地之間跨接1M電阻和2 200 pF/2 kV高壓瓷片電容（電阻和電容并聯(lián)），使干擾快速泄放到保護地。

整改后進行低頻水平輻射，結果如表6所示。

表6 加RC的測試結果Tab.6 Testing result of adding RC component

從表6可看出，對通訊地進行特殊處理后，抗干擾效果明顯。

整改3：從表1～表6可見，100 MHz的敏感點一直存在，初步考慮干擾從傳感器信號線耦合進來，干擾ADC，頻率在100 MHz附近。在整改2的基礎上，在傳感器信號線，反饋線、電源線和地線上都加三端濾波器件濾波，進行低頻水平輻射，結果如表7所示。

表7 傳感器接口加濾波后測試結果Tab.7 Testing result of adding filter components on sensor interface

從表7可看出，100 MHz處效果改善明顯，在整個頻率段內內碼變化9，滿足儀表示值不大于1個e的要求。

整改4：為進一步提高輻射抗擾性能，在上述的基礎上，把ADC部分用金屬屏蔽罩屏蔽起來，再做輻射抗擾試驗，結果如表8所示。

表8 加ADC屏蔽罩測試結果Tab.8 Testing result of adding ADC shielding case

可見，對ADC進行屏蔽處理，效果明顯。

按照上述方法對儀表進行整改處理，隨機抽取3臺做輻射抗擾度實驗，全部通過實驗，而內碼變化最大不超過6個內碼。

3.3 分析總結

通過以上整改及RS測試結果，發(fā)現(xiàn)可從四方面著手提高儀表的輻射抗干擾能力，以順利通過RS測試：

1）外部接口：各種外部接口線都應做濾波處理，如有可能盡量采用隔離方案，盡量減小從接口線耦合進來的干擾。對于電子稱重儀表ADC部分，接口處必須采用三端濾波器件，以提高濾波性能；通訊部分與CPU采用光耦或磁隔離，同時接口加濾波處理；IO口輸入輸出線與CPU采用光耦隔離，IO電路部分盡量采用外部電源，以最大程度消除RS造成的影響；進行濾波處理時注意電源線和地線也要進行濾波處理。

2）屏蔽：外殼和關鍵電路的屏蔽與接地。金屬外殼的電子稱重儀表，注意金屬連接件之間的縫隙，盡量不留縫隙，使外殼構成一個整體，特別注意顯示窗口的屏蔽，同時外殼接保護地，使殼體對整個儀表內部器件起到屏蔽作用；塑料外殼電子儀表在殼體內表面噴涂金屬漆或電鍍金屬材料，同時接保護地；對ADC部分，采用金屬屏蔽罩以減小空間輻射對ADC的影響。

3）內部電路：合理的電路設計有利于提高儀表的抗干擾能力。合理布局電源、CPU、ADC、IO及通訊電路，盡量采用隔離方案；PCB設計時對敏感信號包地線，以減小其環(huán)路面積，如成本允許，盡量采用4層板；按鍵接口處接上拉電阻，提高芯片的抗干擾能力，防止按鍵的誤響應；芯片不用引腳不要懸空，接地或電源；對于開關電源，注意共模電感、差模電感、XY電容的參數選取，變壓器最好采用帶屏蔽繞組的，初次級跨接高壓瓷片電容，注意開關電源的接地問題；各工作地和保護地PE之間的連接問題，確保每個地都有泄放途徑。

4）軟件：選擇合適的ADC數據濾波算法，有利于提高儀表的輻射抗擾能力。

4 結 論

介紹了電子稱重儀表RS測試的測試標準和測試方法，結合某型電子稱重儀表RS測試結果及分析整改，歸納出電子稱重儀表設計過程中設計注意事項及設計技巧，對提高儀表抗干擾能力，順利通過RS測試，取得計量型式批準證書，具有一定的參考價值。

[1]GB/T 7724-2008《電子稱重儀表》[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2]GB/T 23111-2008《非自動衡器》[S].北京：中國標準出版社，2008.

[3]GB/T 17626.3-2006電磁兼容試驗和測量技術射頻電磁場輻射抗擾度試驗[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4]楊霞.避免溫漂對測量結果的影響 [J].企業(yè)標準化，2006（9）：52-52.

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