整改整改EFT测试时74HC595驱动的LED指示灯乱闪

只看该作者 · 2024-5-28 17:12

本帖最后由 zhaoboqy11 于 2024-5-28 17:12 编辑

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1、测试情况

电源端口做EFT测试，测试等级4级，频率为100kHz和5kHz。测试过程中出现LED指示灯乱闪，应该熄灭的指示灯会变成忽亮忽灭的闪烁，试验结束LED指示恢复正常状态。

2、原因分析

EFT测试施加在电源端口，根据信号带宽和上升沿的关系B=0.35/Tr计算EFT的信号带宽范围。Tr=5nS，计算最高的带宽为70mHz，EFT的整个干扰信号范围从5kHz-70MHz。

EFT的带宽较宽，干扰信号会有传到和辐射两个方面。整改第一步先确认干扰是传导还是辐射。为确定该项内容，可以从传播路径上的着手。

使用高频磁环把电源端口的测试线套住，套住后如果干扰减轻干扰基本确定是辐射，套住后没有任何改善，干扰为传到方式。

高频磁环的选择，选取材质是镍锌的高频磁环，选取时注意频率阻抗图，选取在30-50MHZ时阻抗可以达到100欧姆左右的磁环。图1是曲线阻抗图的示例图，购买时要确认材质是镍锌，阻抗根据阻抗图选取，在30-50MHZ时阻抗100欧姆左右，阻抗更高效果更好。

整改测试时，可以采取磁环多绕几圈线的方式来增加阻抗，磁环可以选取卡扣式的测试时操作方便。我这次遇到的EFT问题就是辐射造成的，在电源线上套上一个磁环后LED指示灯不再闪烁。

图1

3、整改分析

通过分析可以知道本次干扰时辐射造成的，所以在电源部分对共模滤波的共模电感，共模电容上没有做整改。

要对该问题做整改要进一步分析成因。74HC595是一个串转并的芯片，用于扩展IO口。图2是本次使用595部分的硬件原理图。

C8 C9 C5三个电容是串行接口处的预留滤波电容，做测试时这几个电容是没有安装的。

图2

本次EFT测试时时，D5、D7是常亮的，即网络编号LED1、LED2处一直是低电平。剩余的发光二级管正常是熄灭的，即网络编号LED3-LED9处是高电平。测试时D4 D6 D7 D10 D14 D15同时出现闪烁，由此分析应该是595的串行输入处收到了干扰，造成几个发光二极管同时点亮、熄灭。

由此分析收到干扰的IO口线应该在网络编号为SER_595 REG1 CK_595这三个网络编号所在的口线。因为有预留的三个滤波电容C5 C8 C9，所以决定现在这里放置滤波电容做下滤波看效果。

选取贴片电容前要先看下贴片电容的阻抗频率曲线，图3是网上查找的一个贴片电容频率阻抗曲线图，结合EFT的频率范围，选取电容容量为NF级别的，优先选取了1nF和10nF做进一步确认。安装1nF贴片电容后做测试发现明显改善，LED指示灯的闪烁频次减少。

图3

延续该思路进一步整改，将电容加大到10nF做测试，LED不再闪烁，本以为整改好，但做正常功能测试时发现问题，通过595做LED点亮的时候需要点亮的LED位置和实际的不一致，比如我要点亮LED5网络编号的LED，可结果是LED7点亮或者没有LED被点亮。进一步分析发现时10nF的滤波电容过大，会造成串口的数据处的识别有错误。

595的数据串口转并口的原理见图4。图4中的SHCP对应原理图的网络编号的对应关系。

图4编号	原理图网络编号	功能
SHCP	CLK_595	shift register clock input	移位时钟
DS	SER_595	serial data input	串行数据
STCP	REG1	storage register clock input	锁存时钟

图4

图5

从图4和图5结合可以看出，串行数据移位和数据锁存都发生在时钟的“上升沿”。10nF电容应该是偏大造成芯片对上升沿识别时出现了误判，所以造成LED的点亮变错。

如果降低滤波电容EFT测试又会出现LED受干扰闪烁的情况，整改进入一个死循环。原打算通过改进程序中的IO口控制命令来解决10nF电容上升沿识别错误的问题，但因修改多次加入多个延时也没有效果。

想到两个一直常亮的LED没有受到干扰，一直是常亮状态，据此分析串口数据输出高电平时被干扰的情况更严重，将程序中的三个串行IO口的默认状态都改为低电平。修改后再次错EFT测试，进一步改善，但是还是会出现LED闪烁。

整改再次陷入停顿中......

再仔细阅读数据手册发现图6处的描述，因为前面程序已经把三个IO口的默认状态设置为低电平，结合测试时几个LED同时被点亮，分析最有可能受到干扰的是STCP（锁存时钟IO）该IO口出现一个上升沿就会对信号做一次锁存更新。再结合加大电容可以不乱闪烁，说明该IO口受到的干扰更强，但是电容并不能再加大，所以对该IO口加型号SMBJ3V3的TVS管，降低干扰信号。