傳統車企EMC測試成功都採用哪些技巧

序言

汽車工業和每一家汽車公司都必須滿足各種電磁相容性（EMC）規定和EMC測試·↟◕◕•。例如◕▩•，確保電子系統不會產生過多的電磁干擾有兩個要求（EMI）或者噪音◕▩•，它必須能夠防止其他軟體產生的噪音·↟◕◕•。本文研究了這些要求◕▩•，並討論了一些技巧和方法◕▩•，以確保裝置設計符合這些要求·↟◕◕•。

EMC要求概述

CISPR25是一種標準◕▩•，它提出了幾種型別的建議限制檢測標準◕▩•，以評估即將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◕▩•，大多數製造商也有自己的要求CISPR25填寫指導標準·↟◕◕•。CISPR25測試的目的是確保安裝在車內的部件不會影響車內他軟體·↟◕◕•。

CISPR25要求檢測室內電磁噪聲電平必須至少66dB·↟◕◕•。由於CISPR希望噪聲水平低至18dB（μV/m）因此◕▩•，需要一個12以下的區域dB（μV/m）環境噪聲電平·↟◕◕•。作為參考◕▩•，這可能相當於間隔天線1km一個典型AM電臺廣播場強·↟◕◕•。

在今天的環境中◕▩•，實現這一規定的唯一途徑是在一個獨特的房間中進行測試◕▩•，該房間旨在遮蔽測試環境和外部磁場·↟◕◕•。此外◕▩•，由於正常預算必須在一定程度上限制檢測室的大小◕▩•，因此防止檢測室檢測環境中訊號反射的不利影響非常重要·↟◕◕•。因此◕▩•，必須在檢測室的牆上放置一些非反射電磁（EM）波的材料(圖1)·↟◕◕•。檢測室的成本非常昂貴◕▩•，通常在一小時內租用·↟◕◕•。為了控制成本◕▩•，最好設計得當EMC/EMI評估難點◕▩•，然後在檢測室進行一次成功·↟◕◕•。

一◕·▩、維護小環路

當存在磁場時◕▩•，由導電材料形成的電路作為天線◕▩•，並將磁場轉換為圍繞電路的流動電流·↟◕◕•。電流強度與閉環面積成正比·↟◕◕•。因此◕▩•，應儘可能避免電路的發生◕▩•，並使必要的封閉區域儘可能小·↟◕◕•。例如◕▩•，當存在差分訊號時◕▩•，可能會有一個電路·↟◕◕•。在發射機和接收器之間形成一個電路◕▩•，選擇一個差分線·↟◕◕•。

另一個常見的電路出現在兩個子系統應用相同電路的區域◕▩•，也許是一個顯示器和一個模組控制電路來促進顯示（ECU）·↟◕◕•。底盤中有一個公共接地（GND）線表示端和全面ECU端至該GND連線線·↟◕◕•。當影片流傳輸到帶有自己接地線的顯示器時◕▩•，它將在接地平面上形成一個巨大的電路·↟◕◕•。在某些地方◕▩•，這種電路是不可避免的·↟◕◕•。然而◕▩•，儘管電感或鐵氧體磁珠被引入地面連線線◕▩•，DC環路仍將存在◕▩•，但從RF從輻射的角度來看◕▩•，這條環路早已斷了·↟◕◕•。

此外◕▩•，當根據雙絞線電纜傳輸訊號時◕▩•，每對差分控制板/接收器將形成一個電路·↟◕◕•。一般來說◕▩•，由於雙絞線是透過間隙連線的◕▩•，因此連線電纜的電路面積很小·↟◕◕•。但是◕▩•，一旦訊號到達電路板◕▩•，應保持間隙連線◕▩•，以避免擴大電路面積·↟◕◕•。

二◕·▩、旁路電容必不可少

CMOS由於其快速◕·▩、極低的工作◕▩•，電路非常受歡迎·↟◕◕•。CMOS當需要充放電時◕▩•，電路只在其變化和節點電容時消耗功率·↟◕◕•。從電源的角度來看◕▩•，平均流量消耗為10mA的CMOS在時鐘轉換期間◕▩•，電路吸收的電流可能高於許多倍◕▩•，但時鐘轉換階段的流量消耗非常低◕▩•，甚至為零·↟◕◕•。因此◕▩•，輻射限制側重於電壓和電流的峰值◕▩•，而不是平均值·↟◕◕•。

在時鐘轉換過程中◕▩•，從電源到晶片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路電容器◕▩•，電容器將在時鐘脈衝邊緣期間直接提供晶片所需的電流·↟◕◕•。然後◕▩•，在時鐘轉換週期的中間◕▩•，電容器中的電荷應用於較低且穩定的電流積累·↟◕◕•。較大的電容器適用於電流急劇增加◕▩•，而對快速標準的反應力較弱·↟◕◕•。特別是◕▩•，小型電容器可以快速響應要求◕▩•，但其總電荷容量有限◕▩•，消耗速度快·↟◕◕•。對於大多數電路◕▩•，最好的解決方案是混合不同規格的電容器(也許1μF和0.01μF電容器並聯)·↟◕◕•。較小的電容器佈置在非常靠近裝置電源腳的區域◕▩•，較大的電容器可以放置在遠離電源腳的區域·↟◕◕•。

三◕·▩、遮蔽

應該使用好的遮蔽方法◕▩•，在這一點上沒有捷徑·↟◕◕•。當設計旨在儘可能避免輻射時◕▩•，必須在困難電路的一部分進行遮蔽·↟◕◕•。雖然它仍然可以輻射能量◕▩•，但更好的遮蔽可以捕捉輻射◕▩•，並在它們逃離系統之前將其傳送到道路上·↟◕◕•。下圖顯示瞭如何控制遮蔽EMI的·↟◕◕•。

遮蔽可以透過多種方式使用·↟◕◕•。也許很容易將系統關閉在導電機外殼中◕▩•，或者可能是一個小的定製塑膠外殼◕▩•，焊接在輻射源上·↟◕◕•。

四◕·▩、更好的匹配電阻可以最大限度地降低電阻EMI

當根據傳輸線傳輸快速訊號並在傳輸線上遇到特徵阻抗的變化時◕▩•，部分訊號應反射回訊號源◕▩•，部分訊號將繼續沿原方向傳輸·↟◕◕•。反射會導致輻射◕▩•，一點也不會改變·↟◕◕•。完成低水平EMI◕▩•，一定要遵循適當的快速設計實踐·↟◕◕•。有更多優秀的資源為您提供相關的傳輸路線定製資訊·↟◕◕•。以下是在規劃傳輸路線時提出的一些預防措施╃↟▩◕₪：

請記住◕▩•，在接地平面和訊號佈線之間有一個訊號·↟◕◕•。輻射可能是由於訊號佈線接地平面的最終斷裂造成的◕▩•，因此應注意訊號佈線中的接地平面損傷或最終斷裂·↟◕◕•。儘量減少訊號佈線順序中的鈍角·↟◕◕•。精緻的角比傾斜的角好得多·↟◕◕•。

一般◕▩•，FPD-Link訊號將允許零件分接；例如╃↟▩◕₪：同軸電源◕▩•，電源連線◕▩•，AC蓮花電容器◕▩•，這個·↟◕◕•。為了儘可能避免構件中的反射◕▩•，可以嘗試使用0402模型的小部件◕▩•，並將接線的總寬度設定為與0402構件焊接層相同的總寬度·↟◕◕•。此外◕▩•，應根據操作層中的電介質厚度設定接線的特徵阻抗·↟◕◕•。

五◕·▩、接地線短

引入晶片的所有電流也將再次從晶片中排出·↟◕◕•。文章中推薦的幾種方法表明◕▩•，晶片的連線線必須簡短·↟◕◕•。例如◕▩•，旁通電容器應接近IC◕▩•，保持一個小電路等·↟◕◕•。然而◕▩•，當接地電流返回其起源時◕▩•，需要透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這種方法並不比埋孔長多少·↟◕◕•。不過◕▩•，有些電路板佈置在接地平面上有一個傷口◕▩•，進而推動接地電流從晶片返回電源·↟◕◕•。GND當這種方法傳輸電流時◕▩•，它被用作推送或接收噪聲的天線·↟◕◕•。

六◕·▩、速度不得超過規定水平

該行業有一種趨勢◕▩•，即擔心時間限制◕▩•，使用盡可能快的邏輯裝置來獲得最佳時間限制·↟◕◕•。不幸的是◕▩•，非常快速的邏輯裝置具有陡峭的脈衝邊緣和高頻部件◕▩•，這將產生EMI·↟◕◕•。降低系統EMI一種測量方法是一種邏輯裝置◕▩•，其速度儘可能低◕▩•，但仍將達到時間標準·↟◕◕•。FPGA降低邊緣速率的一種方法是允許將驅動強度設定在較低的水平·↟◕◕•。在某些地方◕▩•，邏輯線上的串聯電阻可以用來降低系統中的訊號轉換率·↟◕◕•。

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損傷的一種手段·↟◕◕•。電源線中的電感是同一問題的另一個層次·↟◕◕•。透過在電源線上佈置電感或鐵氧體磁珠◕▩•，強制傳輸到電源的電路可以滿足電容器（而不是電源）的動態功率要求·↟◕◕•。

八◕·▩、密切注意諧振

對於各種干擾源◕▩•，需要使用電感和電容器來減少可能出現的問題EMI的dv/dt和di/dt問題·↟◕◕•。然而◕▩•，電感和/或電容器具有與自諧振無關的不利特性·↟◕◕•。這種情況通常可以透過增強與電感相連的電阻來糾正·↟◕◕•。這種電阻可以吸收振動形成的動能◕▩•，從而將其增加到足夠的水平◕▩•，導致問題·↟◕◕•。當一個串聯電感通向包括旁路電容器在內的部件(來自電源線的分離部件或寄生電感)時◕▩•，會導致另一個隱藏的問題·↟◕◕•。由此形成的L-C在諧振頻率方面◕▩•，電路可能會發生衝擊·↟◕◕•。同樣◕▩•，這種情況也可以透過電阻常與電感並聯）來解決·↟◕◕•。

九◕·▩、電容器佈置在開關電源的輸入端

汽車設計師擔心影響◕▩•，AM電磁波段·↟◕◕•。大多數車輛都配備了一個AM其可調諧工作頻段為500kHz至1.5MHz特別敏感的高增益放大器·↟◕◕•。如果一個元件在這個頻段內推送訊號◕▩•，很可能是AM我在錄音機裡聽到了·↟◕◕•。許多用於開關電源的開關頻率都位於此頻帶中◕▩•，這導致了汽車應用中的問題·↟◕◕•。因此◕▩•，大多數車輛開關電源的開關頻率高於該頻帶-通常為2MHz或者更高·↟◕◕•。如果開關電源的鍵入或輸出沒有足夠的擔憂◕▩•，這種開關噪聲會進入其他對基頻或次諧波頻率敏感的子系統·↟◕◕•。

十◕·▩、峰值輻射可透過擴頻記錄減少

對於FPD-Link串化器或解串器（SerDes）對於其他元件◕▩•，一般有資料匯流排和時鐘◕▩•，並有擴頻計時選項·↟◕◕•。在擴頻記錄中◕▩•，調配時鐘訊號·↟◕◕•。因此◕▩•，由於時鐘和訊號脈衝邊緣◕▩•，能量在比必須佔用的頻帶更廣泛的工作頻帶中傳播·↟◕◕•。由於EMI該規範設定為限制一個頻段內所有頻率的峰值輻射◕▩•，因此在較寬頻段內傳播噪聲有利於大大降低噪聲峰值·↟◕◕•。DS90UB914A-Q1這是一個很好的解絃器例項◕▩•，經常與之配合DS90UB913A-Q串化器一起使用·↟◕◕•。這類裝置用於優秀的駕駛輔助系統（ADAS）影片連結在相機和處理器之間·↟◕◕•。解碼器負責攝像機中影象感測器向序列器提供的時鐘◕▩•，並與資料一起匯出時鐘Cpu運用·↟◕◕•。10或12條快速資料線與快速時鐘同時更改操作EMI一個來源·↟◕◕•。為降低該EMI◕▩•，DS90UB914A具有使用擴頻時鐘和匯出資料(而不是影象感測器提供的低振動時鐘)的選項·↟◕◕•。擴頻時鐘根據解絃器中的儲存器進行操作·↟◕◕•。

結語

由於車輛越來越依賴電子產品來實現不限於娛樂和舒適◕▩•，而不限於娛樂和舒適◕▩•，因此需要完成正確操作和其他軟體的影響·↟◕◕•。根據本文簡要描述的技術和方法◕▩•，選擇合適的元件進行EMC測試◕▩•，工程師可以設計一個穩定的系統◕▩•，使汽車系統不受影響EMI受難題危害◕▩•，工作可靠·↟◕◕•。