汽車行業成功實現EMC測試的10個技巧（qiǎo）

汽車工業和每個（gè）汽車企（qǐ）業都必須滿足各種電磁兼容性（EMC）規定（dìng）和EMC測試。例如，有兩個（gè）要求是確（què）保電子係統不會造成（chéng）太多幹擾信號（EMI）或者噪音，它必須能夠避免（miǎn）其他軟件產生的噪音。本文研究了（le）一些這樣的規定（dìng），並討論了一（yī）些（xiē）技巧和（hé）方法，以確保設備設計符合這（zhè）些要求。

EMC規定（dìng）簡述

CISPR25是一種規範，它給出了幾（jǐ）種（zhǒng）具有建議限製的測試（shì）標準，用於評（píng）估將（jiāng）要安裝在（zài）汽車上的部件（jiàn）形成的輻（fú）射傳輸。CISPR除了為製造商提供（gòng）指（zhǐ）導外，大多數製造商還有一套（tào）自己的標準CISPR25補充指導規則。CISPR25測試的目的是確保安裝在車內（nèi）的部件不會影響車內的其（qí）他軟件。

CISPR25規（guī）定（dìng）測試室（shì）內的電（diàn）磁（cí）噪聲電平必須至少的最（）低電頻低66dB。因為CISPR25的希望噪聲電平低至18dB（μV/m）所以需要一個小於12的地方dB（μV/m）環境（jìng）噪聲電平。作為參考（kǎo），這大致相當於間距天（tiān）線1km一（yī）個典型AM電台廣播場強。

在今（jīn）天的環境中，達到這一規定的唯（）一（yī）途徑（jìng）是在一個獨（）特的房間（jiān）中進行測試（shì），該房間（jiān）旨在屏蔽（bì）測（cè）試環（huán）境和外部磁場。此外，由於正常預算需要對檢測室的尺寸進行一定的限（xiàn）製（zhì），因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入某種不（bú）反射電（diàn）磁（EM）波的材料(圖1)。檢（jiǎn）測室的成本非常（cháng）昂（áng）貴，通常（cháng）每小時租時內出租。為了降（jiàng）低（dī）成（chéng）本，最好在設計上正（zhèng）確EMC/EMI評估難題，然後在檢測室完成一（yī）次成功。

一、保持小環路（lù）

當存在磁場時，由導電材料形成的回路（lù）作為天線，並將磁（cí）場轉換為（wéi）圍繞回路流動的電流。電流強度（dù）與閉環的麵積正相關。因此，應盡可能防止回路的出現，並（bìng）使必要的封閉區域的麵積盡可能小。例如，當存在差分（fèn）數據信號時，可能會有（yǒu）一個回路。在選擇差分線（xiàn）的發射機和接收機之間形成一（yī）個回路。

另一個常見的回路出（chū）現在兩個（gè）子係統使用（yòng）相同電路的地方，也（yě）許是一個顯示器和一個模塊控製電路來推動顯示器（qì）（ECU）。底（dǐ）盤中有一個公共接地（GND）線表（biǎo）示端和全麵ECU端至該GND一條連接線。當視頻信號連接到具有自己（jǐ）接地（dì）線的顯示屏時（shí），它將在接（jiē）地平麵內形成一個（gè）巨大的回路。在某些地方，這種回路（lù）是（shì）不可避免的。然而，盡管在地麵（miàn）連接線中引入電感或鐵氧體磁珠，DC環路仍將（jiāng）存在（zài），但從RF從輻射的角度來看，這條環（huán）路已經斷了。

此（cǐ）外，當根據（jù）雙（shuāng）絞線電纜傳輸信號時，每對差分控製器/接收器（qì）也將形成（chéng）一個回路。一般（bān）來說，由於雙絞線是緊密連接（jiē）的，因此連接電纜部分的回路（lù）麵積很小。但是，一旦信號到達電路板，應保持緊密連接，以防止擴（kuò）大回路（lù）麵積。

二、旁路（lù）電（diàn）容不可（kě）（）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（hé）放電時，電路僅在其變化和（hé）節點電容時消耗功率。從電源的角度來看，平均流量消耗為10mA的CMOS在時鍾變換期間，電路（lù）吸收的電流可能高出許多倍，但在時鍾（zhōng）變換期（qī）間的流量（liàng）消耗（hào）非常低，甚至為零。因此，輻射限製（zhì）方法側重於電壓和（hé）電流的峰值，而（ér）不（bú）是平均值。

在時鍾轉換過程中，從電源到芯片電源管（guǎn）腳（jiǎo）的電流浪湧是主要的輻射源。根（gēn）據每個電源（yuán）管腳周圍的旁（páng）通電容器，電容器將直接提供在時（shí）鍾脈衝邊緣期間為芯片供電所需（xū）的電流。然後，在時鍾轉換周期的中間，電（diàn）容器中的（de）電荷使用較低且穩定的電（diàn）流積累。較大的電容器適用於電流激增（zēng），但對快速標準的反應能力較差。特別是（shì）小（xiǎo）型（xíng）電容器可以快速響應需求，但其總（zǒng）電荷容量有限，消耗快（kuài）。對於大多數電路，最（）好的解決方案是混合不同尺寸（cùn）的電容器(也許1μF和0.01μF電容器並聯)。較（jiào）小的（de）電容（róng）器布置在非常靠近設備電源腳（jiǎo）的（de）區域（yù），而較大的電容器可以放置（zhì）在距離電源腳較遠的區域。

三、更好的匹配電阻可以最大限度地（dì）減少（shǎo）EMI

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

請記（jì）住，在（zài）接地平（píng）麵（miàn）和信號接線之間有一個信號。輻射可能是由（yóu）信號接線接地平麵的最終斷開引起的，因此應注意信號（hào）接線下的接地平麵創傷或最終（zhōng）斷開。盡量避免在信號布線的排列中出現鈍角。精致的彎角會比直角轉角好得多。

一般，FPD-Link信號將允許零件對其進行（háng）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（shǎo）該部件中的反（fǎn）射，可以嚐試應用0402模型的小部件，並將接線寬度（dù）設置為與0402部（bù）件焊接層相同的（de）寬度。此外，接線的特（tè）征阻抗（kàng）應根據操作層中電介質的厚度進行設置。

四、屏蔽

應該使用好的屏蔽方法，在這一點上沒有捷徑可走。當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屏蔽。雖然它仍然可以輻射能量（liàng），但更好的屏蔽可以捕捉輻射，並在它（tā）們逃離係統之前將其發送到地麵（miàn）。下圖（tú）顯示了如何操縱屏蔽EMI的。

屏蔽可以（yǐ）以各種形式使用。也許很容易將係（xì）統關閉（bì）在導（dǎo）電外（wài）殼中，或者（zhě）可能是一個小的定製塑料外殼，焊接在輻射源上方。

五、接地線短

注入芯片的所有電流（liú）也將再次從芯片中排出。本文介紹的幾種方法（fǎ）提到，芯片的連接線必須簡短，例如，旁通電容器應接（jiē）近IC，保（bǎo）持一個小的回（huí）路等（děng）。然而，當接地電流返回其起源時，必須（xū）通過的路（lù）徑往往被廢棄（qì）。理想（xiǎng）情（qíng）況下（xià），電路板的一層是專門用來接地的，直到GND這個路徑不比一個通孔長多少。然而，一些電路板布局在接地平（píng）麵上有一個傷口，從而驅動接地電流從芯片回到電源。GND當電（diàn）流按這種方式傳輸時（shí），它（tā）作為推送或接（jiē）收噪聲（shēng）的天線。

六、速率不應超過要求的水平

業內有一種趨勢，即擔心時序裕度，使用盡（jìn）可能快的邏輯器件給出最佳時間裕（yù）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一種測量方法是使用速率盡可能低但仍將達到時間標準的邏輯（jí）器件。FPGA允許將驅動強度設置在較低的水平，這是降低邊緣速度的一種方法。在（zài）某些地方，邏輯（jí）線上的串聯電阻可以用（yòng）來降低（dī）係統中的信號轉換率。

七、電源線電感

在第二種方法中，我們討論了旁通電容器（qì）可以作為減少電流浪湧危害的一種手段（duàn）。電源線中的電感是同一問題（tí）的另（lìng）一個層次。通過在電（diàn）源線上布置電感或鐵氧（yǎng）體磁（cí）珠，強製連接到（dào）電源的電路可（kě）以滿足電容器（而不（bú）是電源）的動態功率要求。

八（bā）、電容器布置在開關電源的鍵入端

汽車設計師擔（dān）心影響的是，AM電（diàn）磁波段。大多數汽車都配備了一個AM錄音機，其可調諧頻（pín）率範圍（wéi）為500kHz至1.5MHz非常敏感的高增益放大器。如果某個（gè）部件在該頻段內發送信號，很有可能是AM我在錄音機（jī）裏聽到了。許多開關電源使用的開關頻率都位於此頻帶（dài）內（nèi），這（zhè）導致了汽車應用中的問題。因此，大多數汽車（chē）開關電（diàn）源的開關頻率高於該頻帶-通常為2MHz或（huò）更高。如果在開關電源的輸入（rù）或輸出端沒有提供足夠的過濾，這種開關噪聲將進入其他（tā）對基頻或次諧波頻率敏感的（de）子係統。

九、密切（qiē）注意諧振

對於各種不同的幹擾源，需要使用電感器和電容器（qì）來緩解可能的問（wèn）題EMI的dv/dt和di/dt問題。然而，電感器和/或電容器具有與自（zì）諧振相關的不相關的不利特性。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（yǐ）吸收振動形成的動能，從而避（bì）免其增加到足以造成問題（tí）的程度。當有一個串聯電（diàn）感器通向一個包含旁路電容器的組件（來自電源（yuán）線的分（fèn）離部件或寄生電（diàn）感）時，它將導致另一個隱藏（cáng）的問題。由此形成的L-C在諧振頻率（lǜ）上，電路可能會振蕩。同樣，這種情況也可以用電阻(通常與電感器並聯)來解決。

十、峰值輻射可以（yǐ）通過擴頻記錄降低

針對FPD-Link串化器（qì）或（huò）解串器（qì）（SerDes）對於（yú）其他部件，通常有一個數據總線和（hé）時鍾，具有擴頻記時選項。在擴頻記錄中，調製時鍾信（xìn）號。其結果（guǒ）是，由時鍾和信（xìn）號（hào）脈衝邊緣引起的能（néng）量傳播在比（bǐ）必須占用的頻段更廣的頻率範圍內（nèi）。因為EMI該標準被設定為限（xiàn）定一個頻段內所有頻率的峰（fēng）值輻射，因此在較寬的頻段內傳播噪聲（shēng）有助於大幅降低噪聲（shēng）峰值（zhí）。DS90UB914A-Q1這是一個很好的解（jiě）弦器案例，經常與之配合（hé）DS90UB913A-Q串化器一起使（shǐ）用。這種設備用於優（yōu）秀的駕駛輔助係統（ADAS）視頻鏈接在攝像機和處理器之間。解碼器承擔由攝像機中的圖像傳感器向串行器提供的時鍾，並與數（shù）據一起導出時鍾Cpu應用。10或12條快速數據線與快速時鍾同（tóng）時改變控製是原因EMI一個主要來（lái）源。為了降低該EMI，DS90UB914A具有應用擴頻時鍾和導出數據（而不是圖像傳感器提供的低振動時鍾）的選項。根據（jù）解弦器中的存儲（chǔ）器控製擴頻時鍾。

結語

由於汽車越來越依賴電子設（shè）備來實現不限於娛樂和舒適的，而不局限於娛樂和舒適，因此需要實現無誤操作和其他軟件的影響。根據本文中（zhōng）簡要（yào）描述的技術和方法，並選擇（zé）合適（shì）的部件（jiàn）進行EMC測試，工程師可以設計一個穩定的係統，使汽車（chē）係統不受影響EMI受問題影響（xiǎng），工作可靠。