软件与 ESD 抗扰度【EMC学习】

【现象描述】

某产品的时钟输入口进行电压为－6 kV 的 ESD 测试时，时钟跟踪状态变为“KEEP”状态，而且不能恢复，必须在复位或重新插拔产品后才能恢复，不符合产品标准的要求。

【原因分析】

进行±6 kV ESD测试时，按产品标准，允许时钟出现中断但必须能自动恢复。测试时跟踪GPS2的时钟，当ESD测试电压为－6kV、测试点为时钟口外壳时，GPS2 时钟源进入保持“KEEP”状态，通过查询时钟信息，GPS2时钟源立刻又恢复“USABLE”可用状态，说明此时时钟源本身已经恢复正常，硬件电路能够恢复。

怀疑是时钟管理模块软件缺陷使时钟无法重新进入快捕、跟踪状态。对时钟管理模块软件进行分析后发现，管理模块软件完全能够实现自动恢复跟踪。

产品的时钟切换采用两种方式：一种是人工切换方式；一种是自动切换方式。如果是人工切换方式，在跟踪状态下发生GPS 丢失， 进入“KEEP”, GPS源再恢复时，时钟板进入 “KEEP”, 同时会向低优先级的源切换；若PGS 时钟源恢复正常， 会自动切换到 GPS 源上，稍后进入跟踪。所以这个问题不是时钟管理模块软件的问题。

从串口打印的信息看，这时鉴相逻辑送出的鉴相数据发生了变化（产生了相位跳变），软件反复进入判源，但是判源都不成功，所以不能进入快捕和跟踪，怀疑是因为时钟鉴相器部分软件自身的问题，使鉴相器再发生相位跳变后始终不能进入快捕和跟踪状态。

为进一步进行验证，不进行静电放电，仅摇动UTCP单板的卫星接收天线，时钟状态也进入”KEEP” 状态，这时鉴相逻辑的鉴相值也发生了相位跳变。

所以这个问题不仅在静电测试时可能产生，在其他情况下，只要时钟受到干扰就会出现不能恢复跟踪的情况，这对系统来说是一个非常严重的问题。

分析软件发现， 这时鉴相值超出了软件的允许范围， CLKC单元无法重新进入快捕和跟踪， 反复处于判源状态。

原因是：CLKC板跟踪 GPS 时钟源时钟在“KEEP”状态时软件检测到相差超出范围后没有对逻辑进行强制同步（对齐）操作，导致时钟源即使变好后，仍然无法进入快捕和跟踪状态，复位一下 CLKC板就能够重新进入快捕与跟踪，是由于CLKC板复位重启后对逻辑进行了强制同步操作。

对软件进行修改， 在 “KEEP”状态时，软件检测到相差超过鉴相范围后对逻辑进行强制同步操作。修改后，跟踪 GPS时钟源进入“KEEP”状态后，当时钟源恢复稳定后CLKC 板能够重新进人快捕和跟踪状态。

【处理措施】

此问题可以从软件角度来改进， 即在 “KEEP”状态时，软件检测到相差超出鉴相范围后对逻辑进行强制同步操作。在修改软件后进行测试，±8 kV 接触放电，±15 kV 空气放电，时钟也能自动恢复。

【思考与启示】

EMC设计是一个系统的问题，涉及到软件、硬件、结构、电缆等各方面，在发现EMC问题时， 不要急于从干扰隔离的角度去解决问题，而应该对问题的严重性进行评估， 对会造成系统严重缺陷的问题寻根追源，从根本上解决问题。

注：以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》