汽車行業成功實現（xiàn）EMC測試的10個技巧

汽車工（gōng）業和每個汽車企（qǐ）業都必須滿足（zú）各種電磁兼容性（EMC）規定和EMC測試。例如，有兩個要求是確保電子係統不（bú）會造成太多幹擾（rǎo）信號（EMI）或者噪音，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（yī）些（xiē）技巧和方法（fǎ），以確保（bǎo）設備設計符合這些要求。

EMC規定簡述

CISPR25是一種規範，它給出了幾種具有建議（yì）限製的測試標（biāo）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（shù）製造商（shāng）還有一（yī）套自己的標（biāo）準CISPR25補充指導規則。CISPR25測試的目的是確保安裝在車內的部（bù）件不會影響車內的其他軟件。

CISPR25規定測試室（shì）內的電磁噪聲電平必須至少的最（）低電頻低66dB。因為CISPR25的希望噪（zào）聲電平低至18dB（μV/m）所（suǒ）以需要一個小（xiǎo）於12的（de）地方dB（μV/m）環（huán）境噪（zào）聲電平。作為參（cān）考，這大致相當於間距天線1km一個典型AM電台廣播場強。

在今天的環境中，達到這一規定的唯（）一途徑是在一個獨（）特（tè）的房間中進行測試，該房間旨在屏蔽測試環境和外部磁場（chǎng）。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（bì）免檢測（cè）室內檢測環境中（zhōng）信（xìn）號反射的不利（lì）影響是非常重要的。因此，檢（jiǎn）測室的牆壁必須嵌入（rù）某種不反射電磁（EM）波的材料(圖1)。檢（jiǎn）測室的成本非常昂貴，通常每小（xiǎo）時租時內出租。為了降低成本，最好在設計上正（zhèng）確EMC/EMI評估難題，然後在檢測室完成一次成功。

一、保（bǎo）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（rào）回路流（liú）動（dòng）的電流。電（diàn）流強度與閉環的麵積正相關。因此，應盡可能防止回路的出現，並使必要的封閉區域的麵積盡可能小。例如，當存在差分數（shù）據信（xìn）號時，可能（néng）會有一個回路。在選擇差分線的發射機和接收機之（zhī）間（jiān）形成一（yī）個回路。

另一個常見的回（huí）路出現（xiàn）在兩個子（zǐ）係統使用相同電（diàn）路的（de）地方，也許是一個顯示器和一個模塊（kuài）控製（zhì）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（lián）接線。當視頻信號連接到具有自己接地線的顯示（shì）屏時，它將在接地平麵內形成一個巨大的回路。在某些地方，這種回路是不可避免的。然而，盡管在地麵連接線中引入電感或鐵氧體磁珠，DC環路仍（réng）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）傳輸信（xìn）號時，每對差（chà）分（fèn）控製器/接收器也將形成一個回路。一（yī）般來說，由於雙絞線是緊密連接的，因（yīn）此連接（jiē）電纜部分（fèn）的回路麵積很小。但是，一旦信號到達電路板，應保持緊密連接，以防止擴大回路麵積。

二、旁路電容不可（）或（huò）缺

CMOS電路非常受歡迎，部分原因是它（tā）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（huà）和節點電容時消耗功率。從電源的角度來看（kàn），平均流量消（xiāo）耗（hào）為10mA的CMOS在時鍾變換期間（jiān），電路吸收的（de）電流可能高出許多倍，但在時鍾變換期間的流量消耗非常低，甚至為零。因此，輻射（shè）限製方法側重於電壓（yā）和電流的峰（fēng）值，而不是平均值。

在時鍾轉（zhuǎn）換過程中，從電源到芯片（piàn）電源管腳的電流浪湧是主要的輻射源。根據每個電源管腳周圍的旁（páng）通電容器，電容（róng）器將直接提供在時鍾脈衝邊（biān）緣期間為芯片供電所需的電流。然後（hòu），在時鍾轉換周期的中間，電容器（qì）中的電荷使用較低且穩定的電流積累。較大的電容器適（shì）用於（yú）電流激增，但對快（kuài）速標準的反應能力較差。特別是小型電容器（qì）可（kě）以快（kuài）速響應需求，但其總（zǒng）電荷（hé）容量有限，消耗（hào）快。對於大多數電路，最（）好的解決方案是（shì）混（hún）合不同尺寸的電容器(也許1μF和0.01μF電容器並聯（lián）)。較小（xiǎo）的電容器布置（zhì）在非常靠近設備電源腳的區域，而較大的電容器可以放置在距離電（diàn）源腳較遠的區域。

三（sān）、更好的匹配電阻（zǔ）可以最大限度地減少EMI

當根據傳輸線傳輸快（kuài）速信號並在（zài）傳輸線上遇到特征阻抗的（de）變化（huà）時（shí），部分（fèn）信（xìn）號將被反射回（huí）信號源，部分信號將繼續沿著原來的方向傳輸。反射會導致輻（fú）射，一點總是（shì）不變（biàn）的。實現低水平（píng）EMI，必須遵循適當的快（kuài）速設計實踐。有大量優秀的資源為（wéi）您帶來（lái）相關（guān）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（fáng）措施：

請記住，在接地（dì）平麵和信號接線之間有一個信號（hào）。輻（fú）射可能（néng）是由信（xìn）號接線接地（dì）平麵的最終斷開引起（qǐ）的，因此應注意信（xìn）號接線下（xià）的接（jiē）地平麵創（chuàng）傷或最終斷開。盡量避（bì）免（miǎn）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（jiǎo）好得多。

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

四（sì）、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（bù）分周圍進行屏蔽。雖然它仍然（rán）可以輻射能量，但更好的屏蔽可以捕（bǔ）捉輻射，並（bìng）在它們（men）逃離係（xì）統之前將其發送到地麵。下圖顯示（shì）了如何操縱（zòng）屏蔽EMI的。

屏蔽可以以各種形式使用（yòng）。也許很容易將係統（tǒng）關閉在導電外殼中，或者可能（néng）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（de）所有電流也將再次從芯片中排出。本文介紹的幾種方（fāng）法提到，芯片的（de）連接線必須簡（jiǎn）短，例（lì）如，旁通電容（róng）器應接近IC，保（bǎo）持一個小的（de）回路等。然而，當接地電流返回其（qí）起源時，必須通過的路（lù）徑往往被廢（fèi）棄。理想情況下，電路板的一層是專門用（yòng）來接地的，直到GND這個路（lù）徑不比一個通孔長（zhǎng）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（diàn）流從芯片回到電源。GND當電（diàn）流（liú）按這（zhè）種（zhǒng）方式傳輸時，它作為推送或接收噪聲的天線。

六（liù）、速率不應（yīng）超過要求的水平

業內有一種（zhǒng）趨（qū）勢，即擔心時序裕度，使用盡可（kě）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（fēi）常高的頻率組件，這（zhè）將（jiāng）產生EMI。減少係統EMI一種（zhǒng）測量（liàng）方法是使用速率盡可能低但仍將達到時間標準的邏輯器件。FPGA允許將驅動強度設置在較低的水平，這是（shì）降低邊緣速度的一種方法。在某些地方，邏輯線上（shàng）的串聯（lián）電阻可以用來降低係統中的信（xìn）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可以作為減少電流浪湧危（wēi）害的一種手段。電源線中的電感是同一問（wèn）題的另一個層次（cì）。通過（guò）在電源線上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（diàn）源）的動態（tài）功率要（yào）求。

八、電（diàn）容器布置在開（kāi）關電源（yuán）的鍵入端（duān）

汽車設計師擔心影響（xiǎng）的是，AM電磁波段（duàn）。大多數汽車都配備了一個AM錄音機，其可調諧頻率範圍為500kHz至1.5MHz非（fēi）常敏感的高增益放大器。如果某個部件在（zài）該頻段（duàn）內發送（sòng）信號，很有可能是AM我在錄音機裏聽到（dào）了。許多開（kāi）關電源使用的（de）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（shù）汽車開關電源的開關頻率高於該頻帶-通常為2MHz或更高。如果在開關電源的輸入或輸出端沒有提供足夠的過濾，這種開關（guān）噪聲將進入其他對基頻或次諧波頻率敏感的子係統。

九、密（mì）切（qiē）注意諧振

對於（yú）各種不同的幹（gàn）擾源，需要使用電感器和電容（róng）器來緩解可能的問題EMI的dv/dt和di/dt問（wèn）題。然而，電感器和/或電容器具有與自諧（xié）振相關的不相關的不利特性。這種情況通（tōng）常可以通過增加與電感器連接（jiē）的電阻來糾正。這種（zhǒng）電（diàn）阻（zǔ）可以吸收振動形成的動能，從而避免其增加（jiā）到足以造成問題的程度。當有一個串聯電（diàn）感器通（tōng）向一（yī）個包含旁路電容器的組件（來自電源線的分離部件或（huò）寄（jì）生電感）時，它將導致另一個隱藏的問題。由此形成的L-C在諧振頻率上，電路可（kě）能（néng）會振（zhèn）蕩。同樣（yàng），這種情況也可以用電阻(通常與電感器並聯)來解決。

十、峰（fēng）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）對於其他部件，通常有（yǒu）一個數據總線和時鍾（zhōng），具（jù）有（yǒu）擴頻記時選項。在擴頻記錄中（zhōng），調製時鍾信號。其結（jié）果是，由時（shí）鍾（zhōng）和信號脈衝邊緣引起的能量傳播在比必須占用的頻段更廣的頻率範圍內。因為EMI該標準被設定為限定一個頻段內（nèi）所有頻率的峰值輻射（shè），因此（cǐ）在（zài）較寬的頻（pín）段內傳播噪聲有助於大幅降低噪聲峰值。DS90UB914A-Q1這是一個很好的解弦器案例（lì），經常與之配合DS90UB913A-Q串化器一起使用（yòng）。這種設備用於優秀的駕駛輔助係統（ADAS）視頻鏈接在攝像機和處（chù）理器（qì）之間。解碼器（qì）承擔由攝像機中的圖像傳感器向串行器提供的時鍾，並與數據一（yī）起導出時（shí）鍾Cpu應用。10或12條（tiáo）快速數據線與快速時鍾同時改變控製是原因EMI一個主要來（lái）源。為了降低該EMI，DS90UB914A具有應用擴頻時鍾和（hé）導出數據（而（ér）不是圖像傳感器提供的低振動時鍾）的選項。根（gēn）據解弦器中的（de）存儲（chǔ）器控製擴頻時鍾。

結語

由於（yú）汽車越來越依賴電子（zǐ）設（shè）備來實現不限（xiàn）於（yú）娛樂和舒適的，而（ér）不局限於娛樂和舒適，因此需要實現無誤操（cāo）作和其他軟件的影響。根據本文中簡要描述的技術和（hé）方法，並選擇合適（shì）的部（bù）件進（jìn）行EMC測試，工程師（shī）可以設計一（yī）個穩定的係統，使汽（qì）車係統不受（shòu）影響EMI受問題影響，工作可靠。