汽車行業成功實現EMC測試的10個技巧（qiǎo）

汽車工（gōng）業和每（měi）個汽車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（liǎng）個要求（qiú）是確保電子係統不會造成太多幹擾信號（EMI）或（huò）者噪音（yīn），它必須能夠避免其他軟件產生的噪音。本文研究了一些這樣的規定，並討論了一些技巧和方法，以確保設備設計符合這些要（yào）求。

EMC規定簡述

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的部件形成的輻射傳輸。CISPR除了為製造商提供指導外（wài），大多數製造商還有一套自己的標準CISPR25補充指導規則。CISPR25測（cè）試的目的是確保安（ān）裝在（zài）車內的部件不會影響車內的（de）其他（tā）軟件。

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

在今（jīn）天的環（huán）境中，達到這一規定的唯（）一途徑是在一個獨（）特的房間中（zhōng）進（jìn）行（háng）測試，該房間旨在屏（píng）蔽測（cè）試環境和外部磁場。此外（wài），由（yóu）於正常預算需要對檢測室的尺寸進行一（yī）定的（de）限製，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（zhǒng）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（shè）計上正確EMC/EMI評估難題，然後在檢測室完成一次成功。

一、保持小環路

當存在磁場時，由導電（diàn）材料形成的回路作為天線，並（bìng）將磁場轉換為（wéi）圍繞回路流動（dòng）的電流。電流強度（dù）與閉環的麵積正相關（guān）。因此，應盡（jìn）可能防止回路的出現，並使（shǐ）必要的封閉區域的麵積盡可能小。例如，當存（cún）在差分數據信號時，可能會有一個（gè）回路。在選（xuǎn）擇差（chà）分線（xiàn）的發射機和接收機之間（jiān）形成一個（gè）回路。

另一個常見（jiàn）的回路出現在兩個子係統使用相同電路的地方，也（yě）許是一個顯示器和一個模塊控製電路來推動（dòng）顯示器（ECU）。底（dǐ）盤中有一個公共接地（GND）線表示端和全麵（miàn）ECU端至該GND一條連接線。當視頻（pín）信號連（lián）接到具有自己接地線的顯示屏時，它將在接地平麵內形成一（yī）個（gè）巨大的回路（lù）。在某些地方，這種回路是不可避免的。然而，盡管在地麵連接線中引入電感或鐵氧（yǎng）體磁珠，DC環路仍將存在，但從RF從輻射的角度來看，這條環路已經斷了。

此外，當根據雙絞線電纜（lǎn）傳輸（shū）信號時（shí），每對差分（fèn）控製器/接收（shōu）器也將形成一（yī）個回路。一（yī）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（lù）麵（miàn）積很小。但是，一旦信號到達電路板，應保持緊密連接，以防止擴大回路麵積（jī）。

二、旁路電容不可（）或缺

CMOS電路（lù）非常受（shòu）歡迎，部分原因是（shì）它具有高速和非常低的功。CMOS當需要充（chōng）電和放電時，電路僅在其變化和節點電容時消耗功率。從電源的角度來看，平均流量（liàng）消耗（hào）為10mA的CMOS在時（shí）鍾變換期間，電路吸收的電流可能高出許多倍，但在時（shí）鍾變換期間的流量（liàng）消耗非常低，甚至為零。因此，輻射限製方法側重於電壓和電流的峰值，而不是平均值。

在時鍾轉換過程中，從電源到芯片電源管腳的電流浪（làng）湧是主要的輻射源。根據（jù）每個電源管腳周圍的旁通電容器，電（diàn）容器將（jiāng）直接提（tí）供（gòng）在時鍾脈衝邊緣期間（jiān）為芯片供（gòng）電（diàn）所需的電流。然後，在時鍾轉（zhuǎn）換周（zhōu）期的中間，電容器中的電荷使用較低且穩定的電流積累。較（jiào）大（dà）的電容器適（shì）用於電流激增，但對快（kuài）速標準的反應（yīng）能力較差（chà）。特別是小型（xíng）電容器可以快速（sù）響應（yīng）需求，但其總電荷容量有限，消（xiāo）耗快。對於大多數（shù）電路，最（）好的（de）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（róng）器布置在非常靠近設（shè）備電源腳的區域，而（ér）較大的電容器可以（yǐ）放置在（zài）距（jù）離電源腳較遠的區域。

三、更（gèng）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變（biàn）化時，部分（fèn）信號將被反射回信號源，部分信號將繼（jì）續沿著原來的方（fāng）向傳輸。反射（shè）會導致輻射，一點總是不變的。實現低水平EMI，必須遵（zūn）循適當的快速設計實踐。有大量優秀的（de）資源為您帶來相關的傳輸線路（lù）定製信息。以下（xià）是在設計傳輸線路時提出（chū）的（de）一些預防措施：

請記住，在接地平麵和（hé）信號（hào）接（jiē）線之間有一個信號。輻射可能是由信號接線接地平麵的最終斷開引起（qǐ）的，因（yīn）此應注意信號接線下的接地平麵創（chuàng）傷或最終斷開。盡量避免在信號布（bù）線的（de）排（pái）列中（zhōng）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（duì）其進行分接（jiē）；例如：同軸線（xiàn）電源，電源（yuán）連接，AC蓮花電（diàn）容器，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，並將接線寬度設置為與0402部件焊接層相同的寬（kuān）度。此外，接線的特征阻抗應根據操作層（céng）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（shàng）沒有捷徑可走。當設計旨在（zài）盡量減少輻射時，需（xū）要（yào）在導致問（wèn）題電路的部分周圍進行（háng）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，並在它們逃離係統之前將其發（fā）送到地麵（miàn）。下圖顯示了如何操縱屏蔽EMI的。

屏蔽（bì）可以以各（gè）種形（xíng）式使用。也（yě）許（xǔ）很容易將係統（tǒng）關（guān）閉在導電外殼中（zhōng），或（huò）者可能（néng）是一個小的定製塑料外（wài）殼，焊接在輻射源上方。

五、接地線短

注（zhù）入芯片的所有電（diàn）流也（yě）將再次從（cóng）芯片中排出。本文介紹的幾（jǐ）種方法提到，芯（xīn）片的連接線必須簡短，例如，旁通電容器應接近IC，保持一個小的回路等。然而，當（dāng）接地電流返回其起源時，必（bì）須通過（guò）的路徑往（wǎng）往被廢棄。理想情況下，電路板的一層是專（zhuān）門用來接地的，直到GND這個路徑不比一（yī）個通（tōng）孔長多少。然而，一些電路板布局在接地平麵上有一個傷口，從而驅動接地電流從芯片回到電源。GND當（dāng）電流按這種方式傳輸時，它作為推送或（huò）接收噪聲的天線。

六、速率不應超（chāo）過要求的水平

業內有一種趨勢，即擔心（xīn）時序裕度，使用盡可能快的邏輯器件（jiàn）給出最佳時間裕度。不幸的是，非常快速的邏（luó）輯器件具有陡峭的脈衝邊緣和非常高的頻率組件，這將產生EMI。減（jiǎn）少係統EMI一種測量方法是使用速率盡可能低但（dàn）仍將（jiāng）達到時間標準的邏輯器件。FPGA允許將驅動強度設置在較（jiào）低的水（shuǐ）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）電阻可以用來降低係統中（zhōng）的信號轉換率（lǜ）。

七、電源（yuán）線電感

在第二種方法（fǎ）中，我們討論了旁通電（diàn）容器可以（yǐ）作為減少電流浪湧危害的一種手段。電源線中的（de）電感是同一問題的另一個層（céng）次。通過在電源線上（shàng）布置電感或鐵氧體磁珠，強製連接到電源的電路可以滿足電容器（而不是電源）的（de）動態功率要（yào）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，AM電磁波段（duàn）。大多數（shù）汽（qì）車都配備了一個AM錄音機，其可調諧頻率（lǜ）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送信號，很有可能是AM我（wǒ）在錄音機裏聽到（dào）了。許多開關電源使用的開關頻率都位於（yú）此頻帶（dài）內，這導致了汽車應用中的問題。因此，大多數汽車開關電源（yuán）的開關頻率高於該頻帶-通（tōng）常為2MHz或更高。如果在（zài）開關電源的輸入（rù）或輸出端沒有提（tí）供足（zú）夠的過濾，這種開關噪（zào）聲將進入其他對基頻或（huò）次諧（xié）波頻率敏感的子係統。

九（jiǔ）、密切注意（yì）諧振

對於各種（zhǒng）不同的幹擾源，需要使（shǐ）用電（diàn）感器和電（diàn）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（bú）相關的不利（lì）特性。這種情況通常可以通過增加與電（diàn）感器連接的電阻（zǔ）來糾正。這種電阻可以吸收振動（dòng）形成的動能，從而避免其（qí）增加（jiā）到足以造成（chéng）問題的程度。當有一個串（chuàn）聯電感器通向一個包含旁路電容（róng）器的組件（jiàn）（來自電源線的（de）分離部件或寄生電感）時，它將導致另一個（gè）隱藏的問題。由此形成的L-C在諧振頻率上，電路可能會振蕩。同樣，這種情況也可以用電阻(通常與電感器並聯（lián）)來解決。

十、峰值輻（fú）射可以通過擴頻記錄降低

針對FPD-Link串（chuàn）化器或（huò）解串器（SerDes）對於其他部（bù）件，通常（cháng）有一個數（shù）據總線和時鍾，具有擴頻記（jì）時選項。在擴頻（pín）記錄中，調製時鍾信號。其結果（guǒ）是，由時鍾和信號脈衝邊緣引起的（de）能量傳播在比必須占用的頻段更廣的頻率範圍內。因（yīn）為EMI該標準被設（shè）定（dìng）為限定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聲峰（fēng）值。DS90UB914A-Q1這（zhè）是一個很好的解弦器案例，經常與（yǔ）之配合DS90UB913A-Q串化器一起（qǐ）使用。這種設備用於優秀的駕駛輔（fǔ）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（xiàng）機中的圖像傳感器向串行器提供的時鍾，並（bìng）與數據一起導出時鍾Cpu應用。10或12條快速數據（jù）線與快速時鍾（zhōng）同時改變（biàn）控製是原因EMI一個主要來源。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（de）低振動（dòng）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（xiàn）不限於娛樂和舒適的，而不局（jú）限於（yú）娛樂和舒適，因此需要（yào）實現無誤操作（zuò）和其他軟件的影響（xiǎng）。根據本文中簡（jiǎn）要（yào）描述的技術和方法，並選擇合適的部件進（jìn）行（háng）EMC測試，工程師（shī）可以設（shè）計一個穩定的係統，使汽車係統不受影響EMI受問題影響，工作可靠。