汽車電子電磁兼容相關(guān)設(shè)計問題思路

什么是EMC（電磁兼容）？

簡單可以這樣理解：產(chǎn)品的抗干擾能力和自身的干擾壓制能力。
先了解一下，電磁干擾的條件：
1． 干擾源
2． 干擾的途徑(幅射、傳導(dǎo))
3． 被  干擾的設(shè)備


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EMC的測試：

產(chǎn)品的磁相容性設(shè)計是否良好，就必須在研發(fā)整個過程中，就對各種電磁干擾源和傳輸特性及受干擾設(shè)備能否負荷耐受性測試。在客戶安裝和使用設(shè)備時，提供了既真實又有效之?dāng)?shù)據(jù)，因此，電磁相容性測試是電磁相容性設(shè)計所不可或缺之重要環(huán)節(jié)。


什么樣的產(chǎn)品EMC就是合格的呢？


依據(jù)相應(yīng)之電磁相容性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，電磁干擾(EMI)及電磁耐受性測試(EMS)在不同頻率范圍內(nèi)，采用不同之方式進行測試?；谖覀兊漠a(chǎn)品既可能是一個干擾源，也可能是被   干擾者。因而，電磁相容性測試包含電磁干擾測試(EMI)及電磁耐受性測試(EMS)。由于電磁相容性測試種類太多，實在無法逐一詳細說明，下面列舉一般實驗室EMC測試標(biāo)準(zhǔn)。


先來了解下面幾個名詞：


CE表示以傳導(dǎo)發(fā)射(Conducted Emission)，
CS表示傳導(dǎo)耐受性(Conducted usceptibility)，
RE表示輻射發(fā)射(Radiated Emission)，
RS表示輻射耐受性(Radiated Susceptibility)。
 


電磁干擾CE及RE測試主要內(nèi)容有：


產(chǎn)品（電子、電機產(chǎn)品和設(shè)備），在各種電磁雜訊環(huán)境中之，傳導(dǎo)干擾和輻射干擾發(fā)射量之測試(例如電子電機設(shè)備之交換式電源之脈沖干擾和連續(xù)干擾)及各種訊號傳輸時，干擾傳遞特性之測試(例如各種傳輸線之傳輸特性和屏蔽效果)。


電磁耐受性(EMS，包括CS及RS)測試主要內(nèi)容則有：


1.對電場、磁場之輻射耐受性測試；
2.對電源線、控制線、訊號線、地線等注入干擾之傳導(dǎo)耐受性測試；
3.對靜電放電和各種暫態(tài)電磁波(突波或電性快速暫態(tài))之耐受性測試。


1）EMC測試場地一般要求


1. 在不同頻率范圍內(nèi)將隔離室屏蔽效益分為，磁場屏蔽(低阻抗場)，電場屏蔽(高阻抗場)平面波電磁場屏蔽和微波屏蔽，其測試儀器之基本配備為：頻譜分析儀或EMI測試接收機、場強監(jiān)視系統(tǒng)、各類訊號產(chǎn)生器、功率放大器、各類衰減器、定向耦合器及各類發(fā)射、接收天線(棒狀天線、環(huán)路天線、對數(shù)螺旋天線、喇叭天線等)及輸出變壓器。

2．常用之電磁干擾EMI(含RE及CE)測試儀器配備有：
EMI自動測試控制系統(tǒng)(電腦及其介面單元)； 
EMI測試接收機(或頻譜分析儀) ；
各式天線(主動、被動棒狀天線、大小形狀環(huán)路天線、功率雙錐天線、對數(shù)螺旋天線、喇叭天線)及天線控制單元等 。
電流注入感應(yīng)器(Current Probe)、電壓感應(yīng)器、隔離變壓器 ；
電源阻抗模擬網(wǎng)路(Line Impedance Stabilization Network，LISN)貫穿電容，儲存式示波器，各型濾波器、定向耦合器等 。

3.常用之電磁耐受性EMS(含RS及CS)測試儀器之基本配備需求有：
EMS自動測試控制系統(tǒng)(電腦及其介面單元)； 
EMI測試接收機(或頻譜分析儀) ；
各式發(fā)射、接收天線；
訊號產(chǎn)生器、功率放大器、場強監(jiān)視系統(tǒng)；
儲存式示波器，注入隔離變壓器，各型濾波器、定向耦合器； 



2）電場輻射干擾發(fā)射測試：


1.電磁場輻射干擾測試：測試產(chǎn)品及其組件所輻射之電磁發(fā)射，包括來自所有組件、電纜及連接線上之雜訊發(fā)射。它適用于發(fā)射機之基本波發(fā)射、假電訊發(fā)射、振蕩器發(fā)射及寬頻帶發(fā)射，但不包括天線之輻射發(fā)射與交連導(dǎo)線上之電場輻射（測試分有水平和睡直兩種）；

2．電源線傳導(dǎo)干擾測試：將電流探夾沿每根電源線之導(dǎo)線分界處到LISN或貫穿電容器之線段上移動，以使頻譜分析儀或測試接收機之讀數(shù)*大，并記錄讀數(shù)，所得結(jié)果與規(guī)格極限圖比較即可知道是否合格；

3.電場輻射耐受性測試：測試設(shè)備對于規(guī)定頻譜成分和規(guī)定強度之電場輻射場之耐受性；RF訊號經(jīng)由天線輻射RF功率，對試件產(chǎn)生干擾，干擾頻率范圍在80MHz～1GHz，試驗方向包括前、后、左、右(上、下)，使用無電波反射室(需符合16點均勻場之規(guī)定)，試件至天線距離3米，可加振幅調(diào)變（這個項目對我們的產(chǎn)品影響不大）；

4.傳導(dǎo)耐受性測試：RF電壓直接注入電源線或訊號線，例如ISO 7637 那七個脈沖波形；

5.雷擊突波耐受性測試(Surge)：模擬雷擊誘導(dǎo)與電感性負載切換，試驗?zāi)Ｊ娇煞蛛娫淳€與訊號(通訊)線，試驗方法包括正負極性、相位，不同兩線接法均可測試，測試前后要同時監(jiān)測待測件功能是否正常，以判定是否合格；

6.靜電測試：用靜電槍對設(shè)備各個部位注入高壓（8KV到16KV可選）靜電（結(jié)構(gòu)設(shè)計特別要注意的是接插座，外露的螺絲的保護）。


三、我們可以從幾個方面減小干擾，和提高自身的抗干擾能力？


1．電路設(shè)計、元器件的選擇：

1).PCB 和元器件的選用(有要求過UL的一定要選用有UL標(biāo)記的元器件和94VO的PCB)；

2）．在電路板上每個IC電源腳上并接一個0.01～0.1μF高頻電容，以減小IC對電源的影響。但應(yīng)注意高頻電容的布線，連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，而這會影響濾波效果；考慮傳導(dǎo)的干擾，在電源進線端要增加電感或磁珠；

3）.在高速的數(shù)字電路串聯(lián)一個小電阻和對地接一個小電容，都能有效降低EMI（比如我們5寸屏的CPH 1~3，STV 1~2）；

4).對EMI較強和容易受干擾的器件和電路加上屏蔽罩（比如我們GPS+后視的產(chǎn)品）；

5).給高壓變壓器加上屏蔽罩(比如我們5寸屏的高壓變壓器）；

6). DC\DC 電源濾波電容器要使用高頻低損的電容器規(guī)格。


2．PCB Layout：

1).布線時應(yīng)避免90°折線，并盡量減少高頻噪聲發(fā)射；

2).DC\DC PWM端口走線要短、粗、直；

3).處理好差分信號和普通數(shù)字信號的走線（差分信號要靠近、平行、等長；普通數(shù)字信號要短、不要平行走線）；

4).晶振與芯片引腳應(yīng)盡量靠近，并用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼要接地并固定。*好在能使用低速晶振的場合盡可能選用低速晶振（比如我們的PIC MCU可以用4MHZ、8MHZ…）；

5).層與層的走線*好成90度（減小分布電容）；

6).模擬地和數(shù)字地要分開，模擬地要求單點接地，數(shù)字地要求多點接地并盡可能有大片的地回路。

3.結(jié)構(gòu)的設(shè)計:

1）.要注意能通過六面跌落測試（主要是不能散架和任何功能上的損壞）；

2）.要注意能通過靜電側(cè)試(要跟電子配合，保護引出接插座和PCB有可能被靜電打到的地方，外露金屬與和PCB銅皮和焊點的**距離)；

3）. 要注意能通過**側(cè)試(模擬產(chǎn)品經(jīng)過猛烈撞擊損壞,掉落的物品是否傷及使用者人身**,比如說我們的顯示器TFT破了,是否掉落了足以傷及使用者的玻璃尺寸。測試方法是用鋼球彈破TFT屏)。



*后來認(rèn)識一下我們常見的電纜線（例如我們用的網(wǎng)絡(luò)線）：


UTP電纜是理想的平衡傳輸系統(tǒng)，為什么還要用FTP電纜？
UTP電纜是通過芯線的雙絞來達到EMC性能，這意味著EMI首先被UTP電纜所接收，隨后才被抵消。
FTP電纜的屏蔽原理是什么？
不同于雙絞的平衡抵消原理，F(xiàn)TP電纜是在四對雙絞線的外面加多一層或兩層鋁箔，利用金屬對電磁波的反射、吸收和集膚效應(yīng)原理（集膚效應(yīng)是指電流在導(dǎo)體截面的分布隨頻率的升高而趨于導(dǎo)體表面分布，頻率越高，集膚深度越小，即頻率越高，電磁波的穿透能力越弱），有效的防止外部電磁干擾進入電纜，同時也阻止內(nèi)部信號輻射出去，干擾其它設(shè)備的工作。


四、總結(jié)


電磁兼容性測試，基本上是在驗證產(chǎn)品量產(chǎn)前是否符合電磁兼容規(guī)范，但是，就本人之經(jīng)驗，百分之八、九十的設(shè)計者都在產(chǎn)品研發(fā)后期，才來考慮電磁相容設(shè)計，這時要作EMC問題的修改，往往是無法克盡全功。因此，只有在研發(fā)新型號產(chǎn)品之初期，就考慮到產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計、整體規(guī)劃，才能有系統(tǒng)地整合元器件選擇、接地、布線、濾波、屏蔽等根本因素，完成符合電磁相容設(shè)計之電路及PCB布局，從而做好我們的產(chǎn)品。