本站原创
【摘 要】瞬态脉冲干扰是铁路信号设备急需抑制和屏蔽的信号，本文分析铁道信号设备瞬态脉冲干扰产生，提出了相应抗干扰措施，从而提高铁道信号设备的安全性。
【关键词】铁道信号；瞬态脉冲；干扰；静电放电
引言
常见的瞬态脉冲干扰（需要通过试验验证）包括各类浪涌、静电放电（ESD）、电网中由于感性负载切换时产生的各种电快速瞬变脉冲群（EFT）等 ， 瞬态脉冲干扰以电磁感应、辐射和传导的方式影响设备中的敏感电路。在产品的实际应用周期中，以现在的技术条件对瞬态脉冲干扰没有方法避免，唯一能做的是将所设计的产品抗干扰能力提高，使其表现出较高的抗干扰能力，在干扰中正常“生存”。
式中 ：V 为归一化幅度 ；k 为波形校正系数 ；α为波前衰减系数 ；β 为波尾衰减系数 ；具体的数值如表 1 所示。
由公式（2）得到幅频最大值包络图如图 1 所示，第一拐点频率和第二拐点频率如表 2 所示。
从表 2 几种瞬态脉冲信号的频谱拐点可以看出，瞬态脉冲干扰信号波形的波前时间越短，则其所包含的频带越宽，频率分量也就越丰富。对铁道信号设备电磁兼容来说，高频是辐射干扰的主要原因。EFT 的第一拐点频率达 3.2 MHz、第二拐点为32.0 MHz，ESD 的第一拐点频率达 5.3 MHz、第二拐点达 159.2 MHz，这么高的频率对于设备的正常运行是极大的挑战。
理论分析表明，浪涌 90% 能量在第二拐点频率以下，从表 2 可以看出浪涌呈现低频特征，即主要能量集中在频率较低的频段。但是由于信号的能量特别大，如果干扰信号经过设备内部的敏感电路，轻则容易造成设备死机或工作出现异常，重则损坏设备。
1）用金属连接器代替塑料连接器（对屏蔽电缆）。
2）在电源端口安装滤波器。
3）使用共模铁氧体环（使用时最好绕 2 到3 匝）。
4）设备内部敏感电路，使用屏蔽罩或其他措施来加强防护。
对使用屏蔽电缆来说，最好使用 360°完全屏蔽连接，否则影响电缆的屏蔽效果 ；金属连接器和PCB 线路板一定要接地或机壳 ；安装电源滤波器要保证与机壳与保护地相连，尽量靠近电源口，并保证输入线和输出线的分离，避免线路受到二次干扰。同时要注意电源滤波器的阻抗匹配问题，最大不匹配规定 ：电容两端存在高阻抗，电感两端存在低阻
抗。电源滤波器的基本电路如图2 所示。
由图 2 可见，差模滤波电容跨接在 L 线和 N 线之间，对差模电流起旁路作用，通常电容值在 0.1 ～1μF 之间。共模滤波电容跨接在 L 线或 N 线与机壳地之间，对共模电流起旁路作用，电容值不能过大。否则，会超过安全标准中对漏电流的限制要求。共摸扼流圈主要作用是滤除低频共模干扰，电感量范围一般在 1 mH 至几十 mH，抑制频率越低需要的电感量越大。
参考文献
GB/T1762
【关键词】铁道信号；瞬态脉冲；干扰；静电放电
引言
常见的瞬态脉冲干扰（需要通过试验验证）包括各类浪涌、静电放电（ESD）、电网中由于感性负载切换时产生的各种电快速瞬变脉冲群（EFT）等 ， 瞬态脉冲干扰以电磁感应、辐射和传导的方式影响设备中的敏感电路。在产品的实际应用周期中，以现在的技术条件对瞬态脉冲干扰没有方法避免，唯一能做的是将所设计的产品抗干扰能力提高，使其表现出较高的抗干扰能力，在干扰中正常“生存”。
1 瞬态干扰信号分析
为了测试设备对于瞬态脉冲干扰的敏感性，人们在对瞬态脉冲干扰信号进行观察分析的基础上，制定了一系列标准，在标准中对瞬态脉冲干扰信号的波形、幅值等指标做了明确规定。无论从耦合途径，还是通过滤波或其他措施消除干扰信号，对干扰信号进行频域分析是非常必要的。瞬态脉冲干扰信号虽然各不相同，但是它们也有共同点，均为快速上升的尖峰，之后缓慢再下降，不同的是波前时间和半峰时间差别很大，如电快速瞬变脉冲群与浪涌达到几个数量级。通过标准[1，2，3]给出的波形参数的具体指标，可以采用双指数函数[4]对瞬态脉冲干扰信号进行建模，归一化的双指数函数如公式（1）所示，采用傅氏变换把双指数函数从时域到频域转换，得到幅值频谱表达公式（2）。式中 ：V 为归一化幅度 ；k 为波形校正系数 ；α为波前衰减系数 ；β 为波尾衰减系数 ；具体的数值如表 1 所示。
由公式（2）得到幅频最大值包络图如图 1 所示，第一拐点频率和第二拐点频率如表 2 所示。
从表 2 几种瞬态脉冲信号的频谱拐点可以看出，瞬态脉冲干扰信号波形的波前时间越短，则其所包含的频带越宽，频率分量也就越丰富。对铁道信号设备电磁兼容来说，高频是辐射干扰的主要原因。EFT 的第一拐点频率达 3.2 MHz、第二拐点为32.0 MHz，ESD 的第一拐点频率达 5.3 MHz、第二拐点达 159.2 MHz，这么高的频率对于设备的正常运行是极大的挑战。
理论分析表明，浪涌 90% 能量在第二拐点频率以下，从表 2 可以看出浪涌呈现低频特征，即主要能量集中在频率较低的频段。但是由于信号的能量特别大，如果干扰信号经过设备内部的敏感电路，轻则容易造成设备死机或工作出现异常，重则损坏设备。
3 瞬态脉冲干扰的对策
3.1 静电放电防护对策
静电放电首先可以考虑通过屏蔽和接地给静电电流提供一个阻抗足够小的泄放途径，对静电电流进行泄放。在泄放途径的设计中，必须考虑静电泄放途径的等效电感和等效电容 ；当泄放途径的阻抗无法做到足够低时，需要考虑在电路板中采取对静电电流进行钳位、滤波、单点接地等措施，防止静电电流进入 PCB 内部。通过表 1 可以看出，静电放电的高频分量非常丰富，在一定的条件下需要考虑产生的电磁辐射对PCB 的影响。这需要对 PCB摘自：硕士论文答辩www.udooo.com
进行良好的设计，在PCB 的布线中，尽量防止大的电流环路，以防止感应磁场。对于端接高阻抗的布线，需要使布线尽可能短，以防止感应电场。对于连接有长导线的印刷电路板，则需要在端口处进行滤波或使用去耦电容，防止导线上接收的静电骚扰传入印刷电路板。3.2 电快速瞬变脉冲群防护对策
抑制电快速瞬变脉冲群的措施主要有滤波、屏蔽和接地，在实际应用中有时需要几种措施结合起来使用，才能达到预期的效果。为提高设备的抗干扰能力，一般采取以下措施。1）用金属连接器代替塑料连接器（对屏蔽电缆）。
2）在电源端口安装滤波器。
3）使用共模铁氧体环（使用时最好绕 2 到3 匝）。
4）设备内部敏感电路，使用屏蔽罩或其他措施来加强防护。
对使用屏蔽电缆来说，最好使用 360°完全屏蔽连接，否则影响电缆的屏蔽效果 ；金属连接器和PCB 线路板一定要接地或机壳 ；安装电源滤波器要保证与机壳与保护地相连，尽量靠近电源口，并保证输入线和输出线的分离，避免线路受到二次干扰。同时要注意电源滤波器的阻抗匹配问题，最大不匹配规定 ：电容两端存在高阻抗，电感两端存在低阻
抗。电源滤波器的基本电路如图2 所示。
由图 2 可见，差模滤波电容跨接在 L 线和 N 线之间，对差模电流起旁路作用，通常电容值在 0.1 ～1μF 之间。共模滤波电容跨接在 L 线或 N 线与机壳地之间，对共模电流起旁路作用，电容值不能过大。否则，会超过安全标准中对漏电流的限制要求。共摸扼流圈主要作用是滤除低频共模干扰，电感量范围一般在 1 mH 至几十 mH，抑制频率越低需要的电感量越大。
3.3 浪涌防护对策
浪涌的特点是频率低、能量特别大，普通的滤波器和抗干扰磁芯对浪涌干扰的抑制无能为力，而必须采用吸波器件将浪涌尖峰干扰电压吸收掉。吸波器件有一个共同特点，即在阀值电压以下呈现高阻抗，而一旦超过阀值，则阻抗急剧下降，因此，对浪涌有一定的抑制作用。这类吸波器件主要有气体放电管、压敏电阻、瞬态抑制二极管（TVS）、固体放电管等，不同的吸波器件对浪涌电压有各自的局限性，有时需要根据具体电路将几种吸波器件组合使用，来达到电路防护的目的。4 结束语
瞬态脉冲干扰是铁路信号设备急需抑制和屏蔽的信号，对瞬态脉冲干扰信号进行频域分析为防护电路设计提供理论基础，是设计出来的防护电路能够安全发挥作用的保障，极大的减少设备在不良电磁环境中出现故障或性能降低问题，为铁路安全行车保驾护航。参考文献
GB/T1762