汽車行業成功實現EMC測試（shì）的10個技巧

汽車工（gōng）業和每個（gè）汽車（chē）企業都必（bì）須滿足各（gè）種電磁兼容性（EMC）規定和EMC測試。例如，有兩個要（yào）求是確保電子係統不會造成太多幹擾信號（EMI）或者噪音，它必須（xū）能夠避免其他軟件產生的噪音。本文研究了一些這樣的規（guī）定，並討論了一些（xiē）技巧和方（fāng）法，以確保設（shè）備設計符合這些要求。

EMC規定簡述

CISPR25是一種規範，它給出了幾（jǐ）種具有建議限製的測試標準，用於評估將要安裝在汽車上的部件形成的輻射傳輸。CISPR除了為製造商提供指導外，大多數製造商還有一套自己的（de）標準CISPR25補充指導規則。CISPR25測試的目的是確保安裝在車內的部件不會影響車內的其他軟件。

CISPR25規定（dìng）測試室內的電磁噪聲電平必須至少的最（）低電頻低66dB。因（yīn）為CISPR25的希望噪聲電平低至（zhì）18dB（μV/m）所以需要一個小於12的地方dB（μV/m）環境噪聲電平。作為參考，這大致相當於間距天線1km一個典型（xíng）AM電台廣播場強。

在今天的（de）環境中，達到這一規定的唯（）一途徑是（shì）在一個獨（）特的房間中進行測試，該（gāi）房間旨在屏蔽測試環境和外部（bù）磁場。此外，由於正常預（yù）算需要對檢測室的尺寸進行一定的限製，因（yīn）此避免檢測室內檢測環境中信號反射的不利影響是非常重要的。因此，檢測室的牆壁必須嵌（qiàn）入某種不反射電磁（EM）波的材料(圖1)。檢測室的成本非常昂貴，通常每小時租時內出租（zū）。為了降低成本，最好在設計上正確（què）EMC/EMI評估難題，然後在檢測室完成一次成功。

一、保持小環路

當存（cún）在磁場時，由（yóu）導電材料形成的回路（lù）作為天線，並將（jiāng）磁場轉換為圍繞回路流動（dòng）的電流。電流強度與閉（bì）環的麵積（jī）正相關。因此，應盡可能（néng）防止回路的出現，並使必要（yào）的封閉區域的麵積盡可能（néng）小（xiǎo）。例如（rú），當存在差分數據（jù）信號時，可能會有一個（gè）回路。在選擇差分線的發射機和接收機之間形成一個回路。

另一個常見的回路出現在（zài）兩個子係統使用相同電路的地方（fāng），也許是一個顯示器和一個模塊控製電路來推動顯示器（ECU）。底盤中有一個公共接地（GND）線表示端和全麵ECU端至該GND一條連接線（xiàn）。當視頻信號連接到具有自己接地線的（de）顯示屏時，它（tā）將在接地（dì）平（píng）麵內形成（chéng）一個巨大的回路。在某些（xiē）地方，這（zhè）種回路（lù）是不可避（bì）免的。然（rán）而，盡管在地麵連接線中引入電感或鐵氧體磁珠，DC環路仍將（jiāng）存在，但從RF從輻射的角度來看，這條環路已經斷了。

此外，當（dāng）根據雙絞線電纜傳輸信號時，每對差分控製器/接收器也將形成（chéng）一個回路。一般來說，由（yóu）於雙絞線是緊（jǐn）密連接的，因此連接電纜部分的回（huí）路麵積很小。但（dàn）是，一旦信號到達電路（lù）板，應保持緊密連接，以防止擴大回路麵積（jī）。

二、旁路電容不可（）或缺

CMOS電路非常受歡迎，部（bù）分原因是它具有高速和非常低的功。CMOS當需要充電和放電時，電路僅在其變化和節點電容時消耗功率（lǜ）。從電源的角（jiǎo）度來看，平均流（liú）量消耗為10mA的CMOS在時鍾變換期間，電路吸收的電流可能高出許多（duō）倍，但（dàn）在時鍾變換期間的流量消耗非常低，甚至為（wéi）零。因此，輻射限製方法側重於電壓和電流的峰值，而不（bú）是平均值。

在時鍾轉換過程中，從電源到（dào）芯片電源管腳的電流浪湧是主要的輻（fú）射源（yuán）。根據每個電源管腳周圍的旁通電（diàn）容器，電容器（qì）將直接（jiē）提供在時鍾脈衝邊緣期（qī）間為芯片供電所需的電流。然後，在時鍾轉換周（zhōu）期的中間，電容器中的電荷使用較低（dī）且穩定的電流積累。較大的電容器適用於電流激增，但對（duì）快速標準的反應能力較差。特別是小（xiǎo）型電容器可（kě）以快速響應需求（qiú），但其總（zǒng）電荷容量有限（xiàn），消耗快（kuài）。對於大多數電路（lù），最（）好的解決方案是混合不同尺寸的電（diàn）容器(也許1μF和0.01μF電容器並聯)。較小的電容器布置在非常靠近（jìn）設備（bèi）電源腳的區（qū）域，而較大的電容器可以放置在距離電源腳較遠（yuǎn）的區域。

三、更好的匹配電（diàn）阻可以最大限（xiàn）度地減少EMI

當根據傳輸線傳輸快速信號並在傳（chuán）輸線（xiàn）上遇到特征阻抗的變化時，部分信號（hào）將被反射回信（xìn）號源，部分信號將繼續沿著原來的方向傳輸。反射會導致輻射，一點總是不（bú）變的。實現低水（shuǐ）平EMI，必須遵循適當（dāng）的快速設計實踐。有大量優秀的資源為（wéi）您帶來相關的傳輸線路定製信息。以下是在設計傳輸線路時提出的一些預防措施：

請記住，在接地（dì）平麵和信號接線之間有一個（gè）信號。輻射可能（néng）是由信號接線接地（dì）平麵的（de）最終斷開引起（qǐ）的，因此（cǐ）應注意信號接線下的接地平麵創傷或最終斷開。盡量避免在信號布線的排列中出現鈍角。精致的彎角會比直（zhí）角轉角好得多。

一般，FPD-Link信號將允許零件對其進行分接；例如：同軸線（xiàn）電源，電源連接，AC蓮花電容器（qì），這些。為了盡量減少該部件中的反射，可以嚐試應用0402模型的小部件（jiàn），並將接線寬度設置為（wéi）與0402部件焊（hàn）接層相同的寬度。此（cǐ）外，接線的（de）特征（zhēng）阻抗應根據操作（zuò）層中電介質的厚（hòu）度進行設（shè）置。

四、屏蔽

應該使用好的屏蔽方法，在這一（yī）點上沒有捷徑可走。當（dāng）設計旨在盡量減少輻射時，需要在導致問題電路的部分周圍進行（háng）屏（píng）蔽（bì）。雖然它（tā）仍然可以輻射（shè）能量，但更好的屏蔽可以捕捉輻射，並在它們逃離係統之前將（jiāng）其發送到地麵。下圖顯示了如何操縱屏蔽EMI的（de）。

屏蔽可以以（yǐ）各種形（xíng）式使用。也許很容易將係統關閉（bì）在導電（diàn）外殼中，或者可能是一個小的定製（zhì）塑（sù）料外殼，焊接在輻射源上方。

五、接地（dì）線短

注入芯片的所有電流也將再次從芯片中排出。本文介紹的幾種方法提到，芯片（piàn）的連接線必須簡短，例如（rú），旁通電容器應接近IC，保持一個小的回（huí）路等（děng）。然而（ér），當接地電流返回其起源時，必須通過的路徑往（wǎng）往被廢棄。理想（xiǎng）情況下，電路板的一層是專門用來接地的，直到GND這（zhè）個路徑不比一個通孔長多少。然而，一些電路板布（bù）局在（zài）接地平麵上有一個傷口，從（cóng）而驅動接地電流從芯片回到電源。GND當電流按這種方（fāng）式（shì）傳輸時，它作為推送或接收噪（zào）聲的天線。

六、速率不應超過要求的水平

業內有（yǒu）一種趨勢（shì），即擔心時序裕度（dù），使用盡可能快的邏輯器件給出最佳時間裕度。不幸的是，非常快速的邏輯器件具有陡峭的（de）脈衝邊緣和非常高的頻率組件，這將產生EMI。減少係統EMI一種測量（liàng）方法是使用速率盡可能低但仍（réng）將達到時間標準的邏輯器件。FPGA允許將驅動強度（dù）設置在較低的水平，這是降低邊緣速度的一種（zhǒng）方（fāng）法。在某些地方，邏輯線上的串聯（lián）電阻可以用來降低係統中的信號轉換率。

七、電源線電感

在第二種方法中，我（wǒ）們討論了旁通電容器可以作為減（jiǎn）少電流浪湧（yǒng）危害的一種手段。電源線中的電感是同一問題的另一個（gè）層次。通（tōng）過在電源線上布置電感或（huò）鐵（tiě）氧體磁珠，強製連接到電源的電路可（kě）以（yǐ）滿足電容器（qì）（而不是電源）的動態功率要求。

八、電容（róng）器布置在開關電源的鍵入端

汽車設計師擔心影響的是，AM電磁波段。大多（duō）數汽車都配備了一（yī）個AM錄音機，其可調諧頻率範圍為500kHz至1.5MHz非常敏感的高增益放大器。如果某個部件在該頻段內發（fā）送信號，很有可能（néng）是AM我在錄音機裏（lǐ）聽到了。許多開關電源使用的開關頻率都位於此頻帶內，這（zhè）導（dǎo）致（zhì）了汽車應（yīng）用中的問題。因此，大多數汽車（chē）開關電源（yuán）的開關頻率（lǜ）高（gāo）於該頻帶-通常為2MHz或更高。如果在開關電源的輸入或輸出端沒有提（tí）供足夠的過濾，這種開關噪聲將進入（rù）其他對基頻或次諧波頻率敏感的子係統。

九、密切注意諧振

對於各種不（bú）同的幹擾源，需要使（shǐ）用（yòng）電感器和電（diàn）容器來緩（huǎn）解可能的問題EMI的dv/dt和di/dt問題。然而，電感（gǎn）器和/或電容器具有與自諧振相（xiàng）關（guān）的不（bú）相關的不利特性。這種情況通常可以（yǐ）通過增加與電感器連（lián）接的電阻來糾正。這（zhè）種電阻可（kě）以吸收（shōu）振動（dòng）形成的（de）動能，從而避免其增加到足以造成問題的程度。當有一個串聯電感器通（tōng）向一（yī）個包含旁路電容器（qì）的（de）組件（來自電源線的分離部件或寄生（shēng）電感）時（shí），它將導致另一（yī）個隱藏的問題。由此形成的L-C在諧振頻率上，電路可能（néng）會（huì）振蕩。同樣，這種情況也可以用電（diàn）阻(通常與電感器並聯)來解決。

十、峰值輻射可以通過擴頻記錄降低

針對FPD-Link串化器或解串器（SerDes）對於其他部（bù）件，通常有一個數據總線和時鍾，具有擴頻記時選項。在擴頻記錄中，調製時鍾（zhōng）信號（hào）。其結果是，由時鍾和信號脈衝邊緣引起的能（néng）量傳播在（zài）比必須占用的頻段更廣（guǎng）的（de）頻率範圍內。因為EMI該標準被設定為限定一個頻（pín）段內所有頻率的峰值輻射，因此在較寬的頻段內傳播噪聲有助於大幅（fú）降低噪聲峰值。DS90UB914A-Q1這是一個很好的解弦器案例，經常與之配（pèi）合DS90UB913A-Q串化（huà）器一起使用。這種設備用於優秀的駕（jià）駛輔助係統（ADAS）視頻鏈接在攝像機和處理器之間。解碼器（qì）承擔由攝像機中的圖像傳感器向串行器（qì）提供的時鍾，並與數據一（yī）起導出（chū）時鍾Cpu應用。10或12條快速數據線與快速（sù）時鍾同時改變（biàn）控製（zhì）是原因EMI一個主要來源。為了降低該EMI，DS90UB914A具有應用（yòng）擴頻時鍾和導出數據（而不是圖像傳感（gǎn）器提供的低振動時鍾）的選項（xiàng）。根據解弦器中的存儲器控（kòng）製擴頻時鍾。

結語

由於汽車越來越依賴電子設備來實（shí）現不限於娛樂和舒適的，而不局限（xiàn）於娛樂和舒適，因此需要實現無誤操作和其他軟件的（de）影響。根據本文中簡要描述的技（jì）術（shù）和方法，並選擇合適（shì）的部件進行EMC測試，工（gōng）程師可以（yǐ）設計一個穩定（dìng）的係統，使汽車係統不（bú）受影響EMI受問題影響，工作可靠（kào）。