汽車電子行業實現EMC測試的十個技巧

汽車工業和每個汽車（chē）企業都必須滿足各種電磁兼容性（EMC）規定和（hé）EMC測試。例如，有兩個要求是確保電子係統不會造成太多幹擾信號（hào）（EMI）或者噪音，它必須能夠避免（miǎn）其他軟件產生的噪音。本文研究了一（yī）些這（zhè）樣（yàng）的規定（dìng），並討論了一（yī）些技（jì）巧和方法（fǎ），以（yǐ）確保設備設計（jì）符合這些要求。

EMC規定（dìng）簡述

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

CISPR25規定測試室內的電磁（cí）噪聲電平必須至少的最（）低電頻低（dī）66dB。因為CISPR25的希望噪聲電平低至（zhì）18dB（μV/m）所（suǒ）以需要一個小於12的地方dB（μV/m）環境噪聲電平。作為參（cān）考，這大致相當於間距天線1km一個典型AM電台廣播（bō）場（chǎng）強。

在今天的（de）環（huán）境中，達到這一規定的唯（）一途徑是在一個獨（）特的房間中進行測（cè）試，該房間（jiān）旨在屏（píng）蔽測試環境和外部磁場。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入某種不反射電磁（EM）波的材料（liào）(圖1)。檢測室的成本非常（cháng）昂貴，通常每小時租時內出租。為了降低成本，最好在設計上正確EMC/EMI評估難題，然後（hòu）在檢測（cè）室完成一次成功。

一、保持小環路

當存在磁場時，由導電材料形成的回路作為天線，並將磁場轉換為圍繞回路流動的電流。電流強度與閉環的麵積（jī）正相關。因此，應盡可能防止回路的出現，並使必要的封閉區（qū）域的麵積盡可能小。例如，當存（cún）在差分數據信號時，可能會有一個回路。在選擇差分線（xiàn）的發射機和接收機之間形成一個回路。

另一（yī）個常見的回路出現在兩個子係統使用相同電路的地方，也許是一（yī）個顯示器和一個模塊控製電路來推動顯示器（qì）（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。當視頻信號連接到具有自己接地線的顯示屏（píng）時，它將在（zài）接地平麵內形（xíng）成一個巨大的回路。在某些地方，這種回路是不可避免的。然而，盡管（guǎn）在地麵連接線中引入（rù）電感或鐵氧體磁珠（zhū），DC環路（lù）仍將存在，但從RF從輻射（shè）的角度（dù）來看，這條（tiáo）環路已經斷（duàn）了。

此外，當根據雙（shuāng）絞線（xiàn）電纜傳輸信號時，每對差分控製器/接收器也將形成一（yī）個回路。一般來說，由於雙絞線是緊密連接的，因此連接電纜部分的回路麵積很小。但是，一旦信（xìn）號到達電（diàn）路板，應保持緊密連（lián）接，以防（fáng）止擴大回（huí）路麵積。

二、旁路電容不可（）或（huò）缺

CMOS電路（lù）非常受歡迎（yíng），部分原（yuán）因是它具有高速和非常低的功。CMOS當需要充（chōng）電和放電時，電路僅在其變（biàn）化和節點（diǎn）電容時消耗功率。從電源的角度來看（kàn），平均流量消耗為10mA的CMOS在時鍾變換期間，電路吸收的電流可能高（gāo）出許多倍，但在時鍾變換期間的流量消耗非（fēi）常低，甚至為零。因此，輻射限製方法側重於電壓（yā）和電流的（de）峰值，而不是平均值。

在時鍾轉換過程中（zhōng），從電源到芯片電源管腳的（de）電流浪湧是主要的輻射源。根據每個電源管腳周圍的旁通電容器，電容器將直接（jiē）提供在時鍾脈衝邊緣期間為芯片供電所（suǒ）需的電流。然後，在時鍾轉換周期的中間，電容器中的電荷使用較低且穩定的電（diàn）流積累。較大的電容器（qì）適用於電流激增，但（dàn）對（duì）快速標準的反應能力較差。特別是小型電容器可以快（kuài）速響應需求，但其總電荷容量有（yǒu）限，消耗（hào）快。對於大多數電路，最（）好的解決方案（àn）是混（hún）合不同尺寸（cùn）的電容器(也許1μF和0.01μF電容器並聯)。較小的電容器布置在非（fēi）常靠近設備電源腳的（de）區域，而較大的電容器可以放置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減少EMI

當根據傳輸線傳輸快速信號並在傳輸線上遇到特征阻抗的（de）變化時，部分信號將（jiāng）被反射回信號源，部分信（xìn）號將繼續沿著原來的方向傳輸。反射會導（dǎo）致輻射，一點總是不變的。實現低水平EMI，必須遵循適當的快速設計實踐。有大量優秀（xiù）的資源為您帶來相關的傳輸線路定（dìng）製（zhì）信息。以下是在設計傳輸線路時提出的一些預（yù）防措施：

請記住，在接地平麵和信號接線之間有一（yī）個信號。輻射可能是由信號接線接（jiē）地平麵的最終斷開引（yǐn）起的，因此應注意信號（hào）接線下的接地平麵創傷或最終斷開。盡量避免在信號（hào）布線的排列中出現鈍角。精致的彎角（jiǎo）會比直角（jiǎo）轉角好得（dé）多。

一般，FPD-Link信號將允許零件對其進行分接；例（lì）如：同軸線電源，電源連接，AC蓮花電容器，這些。為了盡量減（jiǎn）少（shǎo）該部件中的反射，可以（yǐ）嚐試應用0402模型的小部（bù）件，並將接線（xiàn）寬度設置（zhì）為與0402部件焊接層相同的寬度。此外，接線（xiàn）的特征阻抗應（yīng）根（gēn）據（jù）操作層中電介質的厚度（dù）進行（háng）設置。

四、屏蔽

應該使用（yòng）好的屏（píng）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，但更好的屏蔽可以捕捉輻（fú）射，並在它們逃離係統（tǒng）之前（qián）將其發送到地麵。下（xià）圖顯示了如何操縱屏蔽EMI的（de）。

屏蔽（bì）可以以各種形式使用。也許很容易將（jiāng）係統關（guān）閉在導電外殼中，或者可能是一個小的定製塑料外殼，焊接在輻射源上方。

五、接（jiē）地線短

注入芯片的所有電流也（yě）將（jiāng）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（duǎn），例如，旁通電容器應接（jiē）近IC，保持一個小（xiǎo）的回路等。然而，當接地電流返回其起源時，必須通過的路（lù）徑往往被廢棄（qì）。理想情況下，電路板的（de）一層（céng）是專門用來接地的，直到GND這個路徑（jìng）不比一個通孔長多少。然而，一些電路板布局在接地平麵上有一個（gè）傷口，從而驅動（dòng）接地電流從芯片回到電源。GND當電流按這種方式傳輸（shū）時，它作為推送或接收噪聲的天線。

六、速率不應超過要求的水平（píng）

業內有一種趨勢，即（jí）擔心時序裕度，使用（yòng）盡可能快的邏輯器（qì）件給出最佳時間裕度。不幸的（de）是，非常快速的邏（luó）輯器件具有陡峭（qiào）的（de）脈衝邊緣和非常高的頻率組件，這將產生EMI。減少（shǎo）係統EMI一（yī）種測量（liàng）方法是使用速率盡可能（néng）低但仍將達到時間標準（zhǔn）的邏輯器件。FPGA允許將驅動強度設置在較低的（de）水平，這是（shì）降低邊緣速度的（de）一（yī）種方法。在某（mǒu）些地方，邏（luó）輯線上（shàng）的串聯電阻可以用（yòng）來降低係統中的信號轉換率。

七、電源線電感

在第二種（zhǒng）方法中，我們討（tǎo）論了（le）旁通電容器可（kě）以作為減少電（diàn）流浪湧危害（hài）的一（yī）種手段。電源（yuán）線中的電（diàn）感是同一問題（tí）的另一個層次。通過在電源線上布置電感或鐵氧（yǎng）體磁珠，強製連接到電源的電路可以（yǐ）滿足電容器（而不是電源）的動態功率要求。

八、電容器布置在開關電源的鍵入端

汽車設計師擔心影響的是（shì），AM電磁波段。大多數汽車都配備了一個AM錄音機，其可調（diào）諧頻率範圍為500kHz至1.5MHz非（fēi）常敏感的高增益放大器。如果某個部（bù）件在該頻段內發送信號，很有可能是AM我在錄音機裏聽到了。許多開關電源使用的開關頻率都位於此頻帶內，這導致了汽車應用中的問題。因此，大（dà）多數汽車開關電源的開關頻率高於該頻帶-通常（cháng）為2MHz或更高。如果在開關電源的輸入或輸出端沒有提供足夠的（de）過濾，這種開關噪（zào）聲將（jiāng）進入（rù）其他對基頻或次諧波頻率（lǜ）敏感的子係統。

九、密切注意諧振

對於各種不同的幹（gàn）擾（rǎo）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的不相（xiàng）關的不（bú）利特性。這種情況通常可以通（tōng）過增加與電感器連接的電阻來糾正。這種電阻（zǔ）可以吸收振動（dòng）形成的動能，從而避免其增加到足以造成問（wèn）題的程度。當有一個串聯（lián）電感器通向一個包含（hán）旁路電容（róng）器的組件（來自電源線的分離部（bù）件或寄生（shēng）電感）時，它將導致另一個隱藏的問題。由此形成的L-C在（zài）諧振頻率上，電路可能會振蕩。同樣，這種情況也可以用電（diàn）阻(通常與（yǔ）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（jiě）串器（SerDes）對於其他部件（jiàn），通（tōng）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（diào）製時鍾信號。其結果是，由時鍾和信號脈衝邊緣引起的能量傳（chuán）播在比必須（xū）占用的頻段更廣的頻率（lǜ）範圍內。因為EMI該標準被（bèi）設定為限定（dìng）一個頻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降低噪（zào）聲峰值。DS90UB914A-Q1這是一個（gè）很好（hǎo）的解弦器案例（lì），經常（cháng）與之配合DS90UB913A-Q串化器一起使用。這種設備用於優秀的駕駛輔助係統（ADAS）視頻鏈接在（zài）攝像機和處理器之間。解碼（mǎ）器承擔由攝像機中的圖像傳感器向串行器提供的時鍾（zhōng），並與數據一起導出時鍾Cpu應用。10或12條快速數據線與快速（sù）時（shí）鍾同時改變控製是原因EMI一個主要來源。為了降（jiàng）低該EMI，DS90UB914A具有應用擴頻（pín）時鍾和導出（chū）數據（而不（bú）是圖像（xiàng）傳感器提供（gòng）的低振動時鍾）的選項。根據解弦器中的存儲器（qì）控製擴頻時鍾。

結語

由於汽車越來越依賴電子設備來實現不限於娛樂和舒適的，而不局限於娛樂和（hé）舒適，因此需要實現無誤操（cāo）作和其他軟件的影（yǐng）響。根據本文中簡要描述的技術和方法，並選擇（zé）合適的部件進行EMC測試，工程師可以設（shè）計一個穩定的係統，使汽車（chē）係（xì）統不（bú）受影響EMI受問題（tí）影響，工作可（kě）靠（kào）。