3 EFT 突发测试的系统级实验室测试程序和结果

在本实验室实验中，5kHz、5% 占空比信号作为模拟 EFT 突发发送到线路上。由于实验室波形发生器的限制，该测试仅着眼于针对在信号线上钳位 TVS 二极管后产生的电压的保护。虽然本实验中未使用 TVS 二极管，但请注意，器件的 OVP 特性会阻止故障保护多路复用器可接受输入范围 (±60V) 内的任何钳位电压，并提供 EFT 突发保护。其他限制包括：需要根据测试期间的供货情况选择无源器件；在 PLC 通信系统中，当突发脉冲发送到导线屏蔽层时，需要使用交流电容器来替代电容耦合。

图 3-1 EFT 突发测试设置

图 3-1 显示了使用 XTR300 放大器在 Vout 模式下向模拟信号线发送 10V 电压时，此 EFT 突发测试的设置。首先，RC 负载为放大器提供稳定性，并在多路复用器开关期间保持线路上的 10V 信号。RC 负载代表模拟输出模块的一部分。

该开关的恢复时间要比 EFT 突发脉冲的间隔时间短，从而阻止链路放电。如果此器件的故障恢复时间超过脉冲的间隔时间，则开关保持开路状态，并且不会重新连接信号线，以避免导致信号链路线上的电压损失。这会导致模拟输入和输出模块之间的通信出现故障。

典型的 PLC 系统 RC 负载范围为 1nf 至 10nf 和 100kΩ 至 1MΩ。因此，我们可以看到系统 RC 时间常数的范围为 100us 至 10,000us。这些时间常数表示信号链路放电所需的时间。这意味着开关能够更快地恢复并在信号能够在线路上放电之前为信号再充电，从而实现一个 10V 的一致信号链路，在 EFT 突发期间几乎看不到任何信号衰减。

模拟输出模块的下一部分是低通滤波器，其作用是在 EFT 突发信号到达 ADC 输入之前提供保护/平滑处理。这款低通滤波器是 PLC 保护方案的另一个重要部分，可以直接设计，也可以集成在一些 ADC 内部。预期的行为是链路不会中断，并且允许在系统设计人员指定的范围内更改线路上的值。图 3-2 显示了 EFT 突发测试设置及探头位置。这一点很重要，因为我们可以使用 TI 的故障保护多路复用器了解系统的行为。

图 3-2 EFT 突发测试设置和探头位置

以下图像展示了 EFT 突发测试的波形。观察 TMUX7462F 的图像（图 3-3 和图 3-4），可以看到故障保护多路复用器按预期运行，并且在突发脉冲之间快速重新连接信号线，可实现从多路复用器的漏极引脚向低通滤波器发送连续 10V 信号。浅蓝色线与紫色线之间的差异称为失调电压，这是由低通滤波器使 EFT 突发平滑的结果。

图 3-3 5kHz 仿真 EFT 突发测试 TMUX7462F 放大图

图 3-4 TMUX7462F 缩小图

观察 TMUX7309F（图 3-5 和图 3-6）时，可以看到系统如何按预期运行，并且在突发脉冲之间快速重新连接信号链路可实现持续不间断的通信。TMUX7309F 测试期间的失调电压误差与 TMUX7462F 测试类似。请注意，当完成 EFT 突发测试时，两个器件都将放大器信号从漏极传递到源极而不会中断。

图 3-5 5kHz 仿真 EFT 突发测试 TMUX7309F 放大图

图 3-6 TMUX7309F 缩小图

表 3-1 显示了有关两种系统设置的失调电压的更多信息。

此外，图 3-7 显示了在 TMUX7462F 上执行 100kHz 仿真 EFT 突发测试。请注意，此测试具有与之前的 5kHz 测试相同的设置和探头位置。由于两项测试具有相同的占空比，因此误差非常类似。这张放大的图片显示了开关何时重新连接并在大约 5us 后使链路恢复到稳压状态。

图 3-7 100kHz 仿真 EFT 突发测试 TMUX7462F

最后，失调电压（浅蓝色线和紫色线之间的差异）来自 EFT 突发信号，该信号在线路上注入能量，显示为即使在低通滤波器之后也是增加的直流值。预期失调电压基于施加到信号线上的 EFT 突发信号的占空比。

要了解失调电压的原因以及如何使用标准 EFT 突发曲线减小该电压，我们可以查看以下示例。如果我们在 10V 信号线上发送 0V 到 18V 和 5% 占空比的信号来模拟 EFT 突发，我们会看到线路上大约增加了 0.9V (18*0.05)，并在模拟输出或低通滤波器的输出上显示为误差。若要查看在采用标准突发曲线进行 EFT 突发测试期间线路上的注入电压，请按照以下方法操作。

• 首先，求出 EFT 突发信号的占空比（图 1-2 和图 1-3）。
  • 100kHz EFT 突发的脉冲间隔时间 (TP) = 10us，5kHz EFT 突发测试的脉冲间隔时间 (TP) 为 200us，脉冲持续时间 (tp)= 50ns

• 接下来，求出在突发数据包中发送 EFT 突发信号的占空比，如（图 1-3）“测试重复时间”中所述。
  • EFT 突发的占空比 = 50ns/10us = 0.5%，突发数据包占空比 = 0.75ms/300ms = 0.25%（100kHz 测试）
  • EFT 突发的占空比 = 50ns/200us = 0.025%，突发数据包占空比 = 15ms/300ms = 5%（5kHz 测试）

• 最后，乘以不同的占空比，看看标准 EFT 突发曲线会引入哪些误差。
  • 标准 EFT 突发信号的占空比
  • 100kHz 测试 = 0.5% * 0.25% = 0.00125%
  • 5kHz 测试 = 0.025% * 5% = 0.00125%

因此，如果 18V 是 EFT 突发信号的峰值电压，系统设计人员可以看到在 10V 信号线上增加了 (18 x 0.00125% = 0.000225V)，即 0.225mV。如果我们将该误差与客户设计通常可接受的误差（1% 至 2%）进行比较，可以看到，0.225mV 可提供比客户允许的 100mV 至 200mV 误差更好的性能。

请注意，故障保护多路复用器本身不会引入失调电压误差，本报告中的 PLC 通信系统符合性能标准 A 性能处于规格范围内，因为增加的 EFT 突发信号误差对于客户应用来说是可以接受的。