CN117706248A - 一种可用于差模传导干扰注入的夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于差模传导干扰注入的夹具，用于以太网设备及网络的传导抗扰度测试。所述夹具由巴伦芯片、RJ45插座和SMA连接器组成，所述巴伦芯片实现单端和差分信号的转换，将干扰电流由单端模式转换为网线传输的差分模式；所述SMA连接器为印刷电路板专用连接器，用于夹具与信号源的连接；所述RJ45插座用于连接网线，插座与巴伦芯片具有特殊的连线结构。最终实现了干扰电流以差模形式，较低衰减地通过干扰注入夹具，注入到待测网线中，从而将干扰电流注入以太网信号端口。所述夹具适用于以网线作为信号线的以太网设备及网络，不限制待测设备的通信速率。所述夹具所有元件集成于印刷电路板上。
Description
技术领域
本发明属于电磁兼容测试领域，具体涉及一种可用于差模传导干扰注入的夹具。
背景技术
随着电子设备逐渐增多、且趋于高频高速，电子设备面临的电磁兼容问题逐渐增多。通常，我们希望设备正常工作时既不对外产生干扰，也不对外界的干扰敏感。因此，在电子设备投入使用前都要对其进行电磁兼容测试，包括电磁发射和电磁抗扰度测试：通过电磁发射测试控制从设备传导或辐射出来的电磁干扰，对其进行限值，防止干扰其它设备；通过电磁抗扰度测试验证其正常工作状态下对电磁干扰的抵抗能力。在电磁兼容测试中，传导抗扰度测试是非常重要的测试项目。传导抗扰度测试通过注入典型的干扰电流到设备的信号线、电源线、信号端口和电源端口，观察此时设备的性能降级。
以太网常用于系统内各电子设备间的通信与控制。网络设备(如网卡、交换机、路由器等)与终端(如计算机、打印机等)之间使用双绞线电缆(以下称网线)作为信号线，信号传输模式是差分模式。因此，以太网的信号传输容易受差模干扰影响，对其进行传导抗扰度测试时需注入差模干扰。但现有的测试方法大都是使用干扰注入设备将干扰电流耦合注入到网线，这种注入方法只能注入共模干扰；并且大部分干扰注入设备都是通过场线耦合将干扰电流耦合到网线中，干扰电流在注入设备上的损耗较大，注入效率低。因此，有必要设计一种注入差模信号、且注入效率高的干扰注入夹具，为以太网设备及网络的传导抗扰度测试提供干扰电流注入方案。
本发明将干扰电流以差分模式直接注入到网线中。通过巴伦芯片将信号源生成的干扰电流由单端信号转换为差分信号，生成差分模式的传导干扰电流。另外，通过接口转换，将信号源输出与待测网线直接相连，减小干扰电流在注入夹具上的损耗，提高注入效率。被发明所有元件都集成在一个印刷电路板上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高注入效率、可向网线注入差模干扰的传导干扰注入夹具，用于以太网设备及网络的传导抗扰度测试。使用巴伦芯片(3)实现单端转差分；通过在印刷电路板上放置SMA连接器(2)和RJ45插座(4)，实现接口转换，从而实现向网线直接注入差模干扰。
本发明的技术方案如下：
一种可用于差模传导干扰注入的夹具，由SMA连接器(2)、巴伦芯片(3)、和RJ45插座(4)组成，所述巴伦芯片实现单端和差分信号的转换，将干扰电流由单端模式转换为网线传输的差分模式；所述SMA连接器(2)为印刷电路板(1)专用连接器，用于夹具与信号源的连接；所述RJ45插座(4)用于连接网线，插座与巴伦芯片具有特殊的连线结构。最终实现了干扰电流以差模形式，较低衰减地通过干扰注入夹具，注入到待测网线中，从而将干扰电流注入以太网信号端口。所述夹具用于以太网设备及网络的传导抗扰度测试，要求以太网以网线作为信号线，并不限制通信速率，可用于测试百兆、千兆以太网等。所述夹具所有元件集成于印刷电路板(1)上。
所述印刷电路板(1)为双层板，正面放置元件；背面为整片金属，作为地平面，为单端信号提供返回路径。
优选地，所述SMA连接器(2)型号为D550BL1F02，内芯与所述巴伦芯片(3)相连，接地引脚与印刷电路板(1)的金属地平面相连。SMA连接器(2)焊接在印刷电路板(1)边缘，方便测试过程中干扰注入夹具与信号源的连接。
优选地，所述巴伦芯片(3)，型号为Murata DXP18BN5014T，具有低插入损耗。巴伦芯片最大插入损耗为1.5dB，能在实现单端和差分相互转换功能的同时，不对信号造成很大衰减。
所述巴伦芯片(3)与RJ45插座(4)的连线用于传输差分信号，差分信号走线长度相等，保证差分信号对的相位相关性；同时，考虑到注入干扰信号的频率较大，走线宽度设置为40mil；在芯片引脚连接处，40mil线宽连接芯片引脚会导致相邻引脚的焊盘短路，因此作为优选，引脚连接处线宽为10mil。从40mil变到10mil的区域进行金属填充，实现了差分信号的高质量传输。
所述夹具用于对使用网线作为信号线的以太网设备及网络进行传导抗扰度测试，可用于所有通信速率的以太网，包括百兆、千兆以太网等。
所述元件都集成在印刷电路板(1)上，电路板上的走线由厚度为0.05mm的铜材料印刷制成；所述印刷电路板的介电常数ε的范围为1～100。
与现有技术相比，本发明的一种可用于差模传导干扰注入的夹具的优势在于以下几点：
1、本发明的一种可用于差模传导干扰注入的夹具，通过巴伦芯片(3)实现了单端与差分信号的转换，实现向待测网线注入差模传导干扰电流。区别于现有技术的共模传导干扰电流注入，扩展了传导抗扰度测试的干扰电流模式。
2、本发明的一种可用于差模传导干扰注入的夹具，通过连接器直连与端口转换，将干扰电流直接注入到待测网线的芯线内。与电流注入探头、电容耦合钳等现有技术相比，直接向网线注入干扰电流的注入方法降低了干扰电流注入过程中的衰减，降低了干扰注入夹具的插入损耗。
附图说明
图1为本发明可用于差模干扰注入夹具示意图；
图2为本发明可用于差模干扰注入夹具使用连接示意图；
图3为本发明可用于差模干扰注入夹具实物图；
图4为本发明可用于差模干扰注入夹具实物结构图；
图5为本发可用于明差模干扰注入夹具插入损耗示意图；
图6为本发可用于明差模干扰注入夹具用于以太网传导抗扰度测试示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，以一个基于本发明提出的差模干扰注入夹具示例对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是作为示例，并非用于限制本发明。
一种差模干扰注入夹具，如图1所示，由四个SMA连接器(2)、四块巴伦芯片(3)和一个RJ45插座(4)组成。所述RJ45插座(4)和所述SMA连接器(2)放置在印刷电路板(1)边缘。所述巴伦芯片(3)实现单端和差分转换，与所述RJ45插座(4)和所述SMA连接器(2)相连。用于示例的注入夹具使用四块巴伦芯片(3)。
如图2所示，所述巴伦芯片有两个差分信号引脚(5)(6)和一个单端信号引脚(7)，差分信号引脚(5)(6)与RJ45插座(4)相连，单端信号引脚(7)与SMA连接器(2)相连。使用差模干扰注入夹具向网线(9)中注入差分信号。信号由信号源(8)生成，此时信号为单端信号，经所述SMA连接器(2)进入所述巴伦芯片单端信号引脚(7)，转换为差分信号后通过所述RJ45插座(4)注入到网线(9)中。网线包含八根铜导线，每两根铜导线传输一对差分信号，分别与一块巴伦芯片的差分引脚(5)(6)相连。
如图3所示，为差模干扰注入夹具实物。印刷电路板(1)长2.91cm，宽2.58cm，厚度0.8mm。电路板为两层板，顶层和底层厚度均为0.05mm；材料采用FR4，FR4层厚度0.7mm。顶层放置巴伦芯片(3)、RJ45插座(4)并走线，将RJ45插座(4)放置在电路板边缘。RJ45插座(4)与巴伦芯片(3)之间的连线传输四对差分信号，由于差分信号幅度相同、相位相反，因此，用于传输差分信号的两根信号线长度保持一致，以保证两根线上信号的相位相关性。四对差分信号的走线长度分别为397、331、774、253mil。同时，注入的干扰信号频率较大时，走线宽度设置为40mil。考虑到芯片引脚间距过小时，使用40mil线宽连接芯片引脚会导致相邻引脚的焊盘短路，因此引脚连接处线宽为10mil。从40mil变到10mil的区域进行金属填充。底层为整片金属，作为地平面。SMA连接器(2)焊接在电路板边缘，内芯与顶层的单端信号线相连，接地引脚与底层的金属地相连。布线时为防止出现信号反射等信号完整性问题，走线尽量走直线，无法避免拐弯时走钝角。布线时涉及的走线宽度由经验结合仿真优化确定。
如图4所示，为差模干扰注入夹具实物结构图。表1给出了电路板的布线结构参数，列出了巴伦芯片(3)与RJ45插座(4)之间连线、以及单端信号线的宽度与长度。
表1电路板布线结构参数
| 序号 | 宽度/mil | 长度/mil | 序号 | 宽度/mil | 长度/mil |
| 10 | 40 | 395 | 26 | 40 | 54 |
| 11 | 40 | 80 | 27 | 40 | 55 |
| 12 | 40 | 265 | 28 | 10 | 100 |
| 13 | 40 | 140 | 29 | 40 | 150 |
| 14 | 40 | 266 | 30 | 40 | 110 |
| 15 | 40 | 54 | 31 | 40 | 105 |
| 16 | 40 | 240 | 32 | 40 | 40 |
| 17 | 40 | 90 | 33 | 40 | 35 |
| 18 | 10 | 100 | 34 | 40 | 115 |
| 19 | 40 | 70 | 35 | 40 | 106 |
| 20 | 40 | 50 | 36 | 40 | 130 |
| 21 | 40 | 165 | 37 | 40 | 154 |
| 22 | 40 | 163 | 38 | 40 | 50 |
| 23 | 40 | 40 | 39 | 40 | 30 |
| 24 | 40 | 70 | 40 | 40 | 95 |
| 25 | 40 | 60 |
如图5所示，为评估注入过程中干扰电流在注入夹具上的损耗，测试注入夹具的插入损耗|S21|。在10MHz到100MHz的测试频带内，差模干扰注入夹具插入损耗不高于7dB。
如图6所示，使用所述夹具(43)进行以太网差模干扰注入试验。试验所需设备包括信号源(8)、网线(9)、交换机(41)、PC(42)、所述夹具(43)、SMA连接线(44)。用网线(9)将交换机(41)和PC(42)相连，构成以太网。信号源(8)用于产生干扰电流，输出为单端信号。使用SMA连接线(44)将信号源与所述夹具(43)的SMA连接器相连，将单端信号转换为差分信号后注入到网线(9)，从而将差模干扰电流注入到交换机(41)。PC(42)用于监测网络敏感现象，通过测量PC(42)之间的通信链路性能指标分析以太网的性能变化。对于所有通信速率的以太网设备及网络，只要将网线(9)作为信号线，均可使用所述夹具(43)注入差模干扰电流。
任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种可用于差模传导干扰注入的夹具，其特征在于，由SMA连接器(2)、巴伦芯片(3)、和RJ45插座(4)组成，所述巴伦芯片型号为Murata DXP18BN5014T，实现单端和差分信号的转换，将干扰电流由单端模式转换为网线传输的差分模式；所述SMA连接器为印刷电路板专用连接器，型号为D550BL1F02，用于夹具与信号源的连接；所述RJ45插座型号为Ckmtw R-RJ45S08P-A004，用于连接网线，插座与巴伦芯片具有特殊的连线结构。最终实现了干扰电流以差模形式，较低衰减地通过干扰注入夹具，注入到待测网线中，从而将干扰电流注入以太网信号端口。所述夹具用于以太网设备及网络的传导抗扰度测试，要求以太网以网线作为信号线，并不限制通信速率，可用于测试百兆、千兆以太网等。所述夹具所有元件集成于印刷电路板上。
2.根据权利要求1所述的一种可用于差模传导干扰注入的夹具，其特征在于，所述巴伦芯片(3)与RJ45插座(4)的连线用于传输差分信号。差分信号使用两根信号线传输，两根信号线上的信号幅度相同、相位相反。为保证两根线上信号的相位始终保持相反，两根信号线的走线长度相等走线宽度设置为40mil；在芯片引脚连接处引脚连接处线宽为10mil。从40mil变到10mil的区域进行金属填充，实现了差分信号的高质量传输。
3.根据权利要求1所述的一种可用于差模传导干扰注入的夹具，所述巴伦芯片、RJ45插座、SMA连接器(2)、巴伦芯片(3)、RJ45插座(4)都集成在印刷电路板(1)上，电路板上的走线由厚度为0.05mm的铜材料印刷制成；所述印刷电路板的的介电常数ε的范围为1～100。
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