汽車行業(yè)成功實(shí)現(xiàn)EMC測試的10個(gè)技巧

汽車工業(yè)和每個(gè)汽車企業(yè)都必須滿足各種電磁兼容性（EMC）規(guī)定和EMC測試。例如，有兩個(gè)要求是確保電子系統(tǒng)不會(huì)造成太多干擾信號(hào)（EMI）或者噪音，它必須能夠避免其他軟件產(chǎn)生的噪音。本文研究了一些這樣的規(guī)定，并討論了一些技巧和方法，以確保設(shè)備設(shè)計(jì)符合這些要求。

EMC規(guī)定簡述

CISPR25是一種規(guī)范，它給出了幾種具有建議限制的測試標(biāo)準(zhǔn)，用于評估將要安裝在汽車上的部件形成的輻射傳輸。CISPR除了為制造商提供指導(dǎo)外，大多數(shù)制造商還有一套自己的標(biāo)準(zhǔn)CISPR25補(bǔ)充指導(dǎo)規(guī)則。CISPR25測試的目的是確保安裝在車內(nèi)的部件不會(huì)影響車內(nèi)的其他軟件。

CISPR25規(guī)定測試室內(nèi)的電磁噪聲電平必須至少的最（）低電頻低66dB。因?yàn)镃ISPR25的希望噪聲電平低至18dB（μV/m）所以需要一個(gè)小于12的地方dB（μV/m）環(huán)境噪聲電平。作為參考，這大致相當(dāng)于間距天線1km一個(gè)典型AM電臺(tái)廣播場強(qiáng)。

在今天的環(huán)境中，達(dá)到這一規(guī)定的唯（）一途徑是在一個(gè)獨(dú)（）特的房間中進(jìn)行測試，該房間旨在屏蔽測試環(huán)境和外部磁場。此外，由于正常預(yù)算需要對檢測室的尺寸進(jìn)行一定的限制，因此避免檢測室內(nèi)檢測環(huán)境中信號(hào)反射的不利影響是非常重要的。因此，檢測室的墻壁必須嵌入某種不反射電磁（EM）波的材料(圖1)。檢測室的成本非常昂貴，通常每小時(shí)租時(shí)內(nèi)出租。為了降低成本，最好在設(shè)計(jì)上正確EMC/EMI評估難題，然后在檢測室完成一次成功。

一、保持小環(huán)路

當(dāng)存在磁場時(shí)，由導(dǎo)電材料形成的回路作為天線，并將磁場轉(zhuǎn)換為圍繞回路流動(dòng)的電流。電流強(qiáng)度與閉環(huán)的面積正相關(guān)。因此，應(yīng)盡可能防止回路的出現(xiàn)，并使必要的封閉區(qū)域的面積盡可能小。例如，當(dāng)存在差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，可能會(huì)有一個(gè)回路。在選擇差分線的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間形成一個(gè)回路。

另一個(gè)常見的回路出現(xiàn)在兩個(gè)子系統(tǒng)使用相同電路的地方，也許是一個(gè)顯示器和一個(gè)模塊控制電路來推動(dòng)顯示器（ECU）。底盤中有一個(gè)公共接地（GND）線表示端和全面ECU端至該GND一條連接線。當(dāng)視頻信號(hào)連接到具有自己接地線的顯示屏?xí)r，它將在接地平面內(nèi)形成一個(gè)巨大的回路。在某些地方，這種回路是不可避免的。然而，盡管在地面連接線中引入電感或鐵氧體磁珠，DC環(huán)路仍將存在，但從RF從輻射的角度來看，這條環(huán)路已經(jīng)斷了。

此外，當(dāng)根據(jù)雙絞線電纜傳輸信號(hào)時(shí)，每對差分控制器/接收器也將形成一個(gè)回路。一般來說，由于雙絞線是緊密連接的，因此連接電纜部分的回路面積很小。但是，一旦信號(hào)到達(dá)電路板，應(yīng)保持緊密連接，以防止擴(kuò)大回路面積。

二、旁路電容不可（）或缺

CMOS電路非常受歡迎，部分原因是它具有高速和非常低的功。CMOS當(dāng)需要充電和放電時(shí)，電路僅在其變化和節(jié)點(diǎn)電容時(shí)消耗功率。從電源的角度來看，平均流量消耗為10mA的CMOS在時(shí)鐘變換期間，電路吸收的電流可能高出許多倍，但在時(shí)鐘變換期間的流量消耗非常低，甚至為零。因此，輻射限制方法側(cè)重于電壓和電流的峰值，而不是平均值。

在時(shí)鐘轉(zhuǎn)換過程中，從電源到芯片電源管腳的電流浪涌是主要的輻射源。根據(jù)每個(gè)電源管腳周圍的旁通電容器，電容器將直接提供在時(shí)鐘脈沖邊緣期間為芯片供電所需的電流。然后，在時(shí)鐘轉(zhuǎn)換周期的中間，電容器中的電荷使用較低且穩(wěn)定的電流積累。較大的電容器適用于電流激增，但對快速標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)能力較差。特別是小型電容器可以快速響應(yīng)需求，但其總電荷容量有限，消耗快。對于大多數(shù)電路，最（）好的解決方案是混合不同尺寸的電容器(也許1μF和0.01μF電容器并聯(lián))。較小的電容器布置在非常靠近設(shè)備電源腳的區(qū)域，而較大的電容器可以放置在距離電源腳較遠(yuǎn)的區(qū)域。

三、更好的匹配電阻可以最大限度地減少EMI

當(dāng)根據(jù)傳輸線傳輸快速信號(hào)并在傳輸線上遇到特征阻抗的變化時(shí)，部分信號(hào)將被反射回信號(hào)源，部分信號(hào)將繼續(xù)沿著原來的方向傳輸。反射會(huì)導(dǎo)致輻射，一點(diǎn)總是不變的。實(shí)現(xiàn)低水平EMI，必須遵循適當(dāng)?shù)目焖僭O(shè)計(jì)實(shí)踐。有大量優(yōu)秀的資源為您帶來相關(guān)的傳輸線路定制信息。以下是在設(shè)計(jì)傳輸線路時(shí)提出的一些預(yù)防措施：

請記住，在接地平面和信號(hào)接線之間有一個(gè)信號(hào)。輻射可能是由信號(hào)接線接地平面的最終斷開引起的，因此應(yīng)注意信號(hào)接線下的接地平面創(chuàng)傷或最終斷開。盡量避免在信號(hào)布線的排列中出現(xiàn)鈍角。精致的彎角會(huì)比直角轉(zhuǎn)角好得多。

一般，F(xiàn)PD-Link信號(hào)將允許零件對其進(jìn)行分接；例如：同軸線電源，電源連接，AC蓮花電容器，這些。為了盡量減少該部件中的反射，可以嘗試應(yīng)用0402模型的小部件，并將接線寬度設(shè)置為與0402部件焊接層相同的寬度。此外，接線的特征阻抗應(yīng)根據(jù)操作層中電介質(zhì)的厚度進(jìn)行設(shè)置。

四、屏蔽

應(yīng)該使用好的屏蔽方法，在這一點(diǎn)上沒有捷徑可走。當(dāng)設(shè)計(jì)旨在盡量減少輻射時(shí)，需要在導(dǎo)致問題電路的部分周圍進(jìn)行屏蔽。雖然它仍然可以輻射能量，但更好的屏蔽可以捕捉輻射，并在它們逃離系統(tǒng)之前將其發(fā)送到地面。下圖顯示了如何操縱屏蔽EMI的。

屏蔽可以以各種形式使用。也許很容易將系統(tǒng)關(guān)閉在導(dǎo)電外殼中，或者可能是一個(gè)小的定制塑料外殼，焊接在輻射源上方。

五、接地線短

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，芯片的連接線必須簡短，例如，旁通電容器應(yīng)接近IC，保持一個(gè)小的回路等。然而，當(dāng)接地電流返回其起源時(shí)，必須通過的路徑往往被廢棄。理想情況下，電路板的一層是專門用來接地的，直到GND這個(gè)路徑不比一個(gè)通孔長多少。然而，一些電路板布局在接地平面上有一個(gè)傷口，從而驅(qū)動(dòng)接地電流從芯片回到電源。GND當(dāng)電流按這種方式傳輸時(shí)，它作為推送或接收噪聲的天線。

六、速率不應(yīng)超過要求的水平

業(yè)內(nèi)有一種趨勢，即擔(dān)心時(shí)序裕度，使用盡可能快的邏輯器件給出最佳時(shí)間裕度。不幸的是，非常快速的邏輯器件具有陡峭的脈沖邊緣和非常高的頻率組件，這將產(chǎn)生EMI。減少系統(tǒng)EMI一種測量方法是使用速率盡可能低但仍將達(dá)到時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的邏輯器件。FPGA允許將驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度設(shè)置在較低的水平，這是降低邊緣速度的一種方法。在某些地方，邏輯線上的串聯(lián)電阻可以用來降低系統(tǒng)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換率。

七、電源線電感

在第二種方法中，我們討論了旁通電容器可以作為減少電流浪涌危害的一種手段。電源線中的電感是同一問題的另一個(gè)層次。通過在電源線上布置電感或鐵氧體磁珠，強(qiáng)制連接到電源的電路可以滿足電容器（而不是電源）的動(dòng)態(tài)功率要求。

八、電容器布置在開關(guān)電源的鍵入端

汽車設(shè)計(jì)師擔(dān)心影響的是，AM電磁波段。大多數(shù)汽車都配備了一個(gè)AM錄音機(jī)，其可調(diào)諧頻率范圍為500kHz至1.5MHz非常敏感的高增益放大器。如果某個(gè)部件在該頻段內(nèi)發(fā)送信號(hào)，很有可能是AM我在錄音機(jī)里聽到了。許多開關(guān)電源使用的開關(guān)頻率都位于此頻帶內(nèi)，這導(dǎo)致了汽車應(yīng)用中的問題。因此，大多數(shù)汽車開關(guān)電源的開關(guān)頻率高于該頻帶-通常為2MHz或更高。如果在開關(guān)電源的輸入或輸出端沒有提供足夠的過濾，這種開關(guān)噪聲將進(jìn)入其他對基頻或次諧波頻率敏感的子系統(tǒng)。

九、密切注意諧振

對于各種不同的干擾源，需要使用電感器和電容器來緩解可能的問題EMI的dv/dt和di/dt問題。然而，電感器和/或電容器具有與自諧振相關(guān)的不相關(guān)的不利特性。這種情況通常可以通過增加與電感器連接的電阻來糾正。這種電阻可以吸收振動(dòng)形成的動(dòng)能，從而避免其增加到足以造成問題的程度。當(dāng)有一個(gè)串聯(lián)電感器通向一個(gè)包含旁路電容器的組件（來自電源線的分離部件或寄生電感）時(shí)，它將導(dǎo)致另一個(gè)隱藏的問題。由此形成的L-C在諧振頻率上，電路可能會(huì)振蕩。同樣，這種情況也可以用電阻(通常與電感器并聯(lián))來解決。

十、峰值輻射可以通過擴(kuò)頻記錄降低

針對FPD-Link串化器或解串器（SerDes）對于其他部件，通常有一個(gè)數(shù)據(jù)總線和時(shí)鐘，具有擴(kuò)頻記時(shí)選項(xiàng)。在擴(kuò)頻記錄中，調(diào)制時(shí)鐘信號(hào)。其結(jié)果是，由時(shí)鐘和信號(hào)脈沖邊緣引起的能量傳播在比必須占用的頻段更廣的頻率范圍內(nèi)。因?yàn)镋MI該標(biāo)準(zhǔn)被設(shè)定為限定一個(gè)頻段內(nèi)所有頻率的峰值輻射，因此在較寬的頻段內(nèi)傳播噪聲有助于大幅降低噪聲峰值。DS90UB914A-Q1這是一個(gè)很好的解弦器案例，經(jīng)常與之配合DS90UB913A-Q串化器一起使用。這種設(shè)備用于優(yōu)秀的駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）視頻鏈接在攝像機(jī)和處理器之間。解碼器承擔(dān)由攝像機(jī)中的圖像傳感器向串行器提供的時(shí)鐘，并與數(shù)據(jù)一起導(dǎo)出時(shí)鐘Cpu應(yīng)用。10或12條快速數(shù)據(jù)線與快速時(shí)鐘同時(shí)改變控制是原因EMI一個(gè)主要來源。為了降低該EMI，DS90UB914A具有應(yīng)用擴(kuò)頻時(shí)鐘和導(dǎo)出數(shù)據(jù)（而不是圖像傳感器提供的低振動(dòng)時(shí)鐘）的選項(xiàng)。根據(jù)解弦器中的存儲(chǔ)器控制擴(kuò)頻時(shí)鐘。

結(jié)語

由于汽車越來越依賴電子設(shè)備來實(shí)現(xiàn)不限于娛樂和舒適的，而不局限于娛樂和舒適，因此需要實(shí)現(xiàn)無誤操作和其他軟件的影響。根據(jù)本文中簡要描述的技術(shù)和方法，并選擇合適的部件進(jìn)行EMC測試，工程師可以設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，使汽車系統(tǒng)不受影響EMI受問題影響，工作可靠。